學習進程互斥和進程同步有這一篇文就夠了！
一些概念:
1.臨界資源(critical resource)：系統(tǒng)中某些資源一次只允許一個進程使用，稱這樣的資源為臨界資源（或互斥資源）。
2.臨界區(qū)(互斥區(qū))(critical section(region))：各個進程中對某個臨界資源（互斥資源）實施操作的程序片段。
3.進程互斥（mutual exclusive）：由于各進程要求使用共享資源（變量、文件等），而這些資源需要排他性使用，因此各進程之間競爭使用這些資源，這一關(guān)系稱為進程互斥。
4.進程同步（synchronization）：指系統(tǒng)中多個進程中發(fā)生的事件存在某種時序關(guān)系，需要相互合作，共同完成一項任務(wù)。具體地說，一個進程運行到某一點時，要求另一伙伴進程為它提供消息，在未獲得消息之前，該進程進入阻塞態(tài)，獲得消息后被喚醒進入就緒態(tài)。
軟、硬件方法解決進程互斥問題:
1.軟件解法：
（1）.Dekker算法：
（2）.Peterson算法：
（雖然自選鎖在一定程度上會白白浪費CPU時間片，但是在多CPU的環(huán)境中，對持有鎖較短的程序來說，使用自旋鎖代替一般的互斥鎖往往能夠提高程序的性能。
2.硬件解法：
有中斷屏蔽方法、“測試并加鎖”指令、“交換指令”等方法。
同步機制其一：信號量及P、V操作:
（1）.信號量：一個整數(shù)值，用于進程間傳遞信息。
對信號量可以施加的操作只有三種：初始化、P和V。
（2）.P、V操作：均為原語操作
最初提出的是二元信號量（解決互斥），之后推廣到一般信號量（多值）或計數(shù)信號量（解決同步）。
用信號量解決問題:
1.生產(chǎn)者——消費者問題：
2.讀者——寫者問題：
問題概述：多個進程共享一個數(shù)據(jù)區(qū)，這些進程分為兩組：讀者進程——只讀數(shù)據(jù)區(qū)中的數(shù)據(jù)，寫者進程——只往數(shù)據(jù)區(qū)寫數(shù)據(jù)。允許多個讀者同時執(zhí)行讀操作；不允許多個寫者同時操作；不允許讀者、寫者同時操作。
第一類——讀者優(yōu)先：
讀者執(zhí)行：當無其他讀、寫者時；
當有其他讀者在讀時；
寫者執(zhí)行：當無其他讀、寫者時；
另外兩類——寫者優(yōu)先、公平競爭：
多進程對共享資源互斥訪問及進程同步的經(jīng)典問題
設(shè)有一文件F，多個并發(fā)讀進程和寫進程都要訪問，要求：
讀寫互斥
寫寫互斥
允許多個讀進程同時訪問
采用記錄型信號量機制解決
較常見的寫法：
讀進程只要看到有其他讀進程正在訪問文件，就可以繼續(xù)作讀訪問；寫進程必須等待所有讀進程都不訪問時才能寫文件，即使寫進程可能比一些讀進程更早提出申請。所以以上解法實際是 讀者優(yōu)先 的解法。如果在讀訪問非常頻繁的場合，有可能造成寫進程一直無法訪問文件的局面....
為了解決以上問題，需要提高寫進程的優(yōu)先級。這里另增加一個排隊信號量：queue。讀寫進程訪問文件前都要在此信號量上排隊，通過區(qū)別對待讀寫進程便可達到提高寫進程優(yōu)先級的目的。另外再增加一個 writecount 以記錄提出寫訪問申請和正在寫的進程總數(shù)：
每個讀進程最開始都要申請一下 queue 信號量，之后在真正做讀操作前即讓出(使得寫進程可以隨時申請到 queue)。而只有第一個寫進程需要申請 queue，之后就一直占著不放了，直到所有寫進程都完成后才讓出。等于只要有寫進程提出申請就禁止讀進程排隊，變相提高了寫進程的優(yōu)先級。
通過類似思想即可實現(xiàn)讀寫進程的公平競爭：
讀進程沒變，寫進程變成在每次寫操作前都要等待 queue 信號量。
課本上一般只會寫第一種解法吧?？戳撕髢煞N方法即可發(fā)現(xiàn)，在第一個解法中，fmutex 信號量實際是雙重身份，首先實現(xiàn)對文件的互斥訪問，其次起到了和后面排隊信號量 queue 相同的作用，只不過在那種排序下只能是讀者優(yōu)先。如果直接看過后兩種解法，應(yīng)該會有更清楚的理解吧。
同步機制其二：管程機制:
1.管程：由關(guān)于共享資源的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及在其上操作的一組過程組成（進程只能通過調(diào)用管程中的過程來間接地訪問管程中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)），是一種高級同步機制。
2.管程兩個重要特性：
管程是互斥進入的：為了保證管程中數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)完整性，管程的互斥性是由編譯器負責保證的。
管程中設(shè)置條件變量及等待/喚醒操作（wait/signal）：可以讓一個進程或線程在條件變量上等待（此時，應(yīng)先釋放管程的使用權(quán)），也可以通過發(fā)送信號將等待在條件變量上的進程或線程喚醒
3.分類：
P進入管程，執(zhí)行等待操作并釋放管程互斥權(quán)，此時Q進入管程，喚醒P進程，管程中就有了兩個活動進程，根據(jù)對這種情況的處理，分為：
Hoare管程：Q（喚醒者）等待，P（被喚醒者）執(zhí)行；
MESA管程：P等待Q繼續(xù)執(zhí)行；
Hansen管程：規(guī)定喚醒操作為管程中最后一個可執(zhí)行操作。
4.Hoare管程簡介：
因為管程是互斥進入的，所以當一個進程試圖進入一個已被占用的管程時，應(yīng)當在管程的入口處等待，為此，管程的入口處設(shè)置一個進程等待隊列，稱作入口等待隊列。
如果進程P喚醒進程Q，則P等待Q執(zhí)行；如果進程Q執(zhí)行中又喚醒進程R，則Q等待R執(zhí)行；……，如此，在管程內(nèi)部可能會出現(xiàn)多個等待進程，在管程內(nèi)需要設(shè)置一個進程等待隊列，稱為緊急等待隊列，緊急等待隊列的優(yōu)先級高于入口等待隊列的優(yōu)先級。
條件變量——在管程內(nèi)部說明和使用的一種特殊類型的變量（定義一個條件變量c，var c:condition;）。
對于條件變量，可以執(zhí)行wait和signal操作：
wait(c)： 如果緊急等待隊列非空，則喚醒第一個等待者；否則釋放管程的互斥權(quán)，執(zhí)行此操作的進程進入c鏈末尾。
signal(c)： 如果c鏈為空，則相當于空操作，執(zhí)行此操作的進程繼續(xù)執(zhí)行；否則喚醒第一個等待者，執(zhí)行此操作的進程進入緊急等待隊列的末尾。
