OS-2.3 同步和互斥
同步和互斥
进程同步，进程互斥
①进程同步：解决进程的异步问题，协调工作顺序。
②进程互斥对于临界资源，必须互斥地进行访问。
临界资源（临界区）：一个时间段内只允许一个进程使用的资源。
实现互斥的四个逻辑部分：
进入区。临界区。退出区。剩余区。
实现互斥遵循的四个原则：
空闲让进。忙则等待。有限等待。让权等待。
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进程互斥的软件实现方法
①单标志法
缺点：允许进入临界区的进程P0不访问临界区，此时临界区空闲，但是别的进程如P1使用不了临界区。
②双标志先检查法
先“检查”后“上锁”
先检查对方想不想使用（检查）
对方不想使用的话，自己要用（表达意愿，上锁）
缺点：
如果两个进程是，并发的运行（时间片切换），【1-5-6-7，后切换2-3】会造成两个进程P1P2同时使用临界区。
③双标志后检查法
先“上锁”后“检查”。
自己想用临界资源（表达意愿，上锁）
自己不想再问对方。（检查）
缺点：
并发运行，两个进程都访问不了临界区。【1-5-2-6-wait…】
④peterson 算法
1.主动争取
2.主动谦让
3.如果对方也想使用。且是最后一次是自己说了客气话，则让对方进入临界区。
优点：遵循了空闲让进，忙则等待，有限等待三个原则。
缺点：没有遵循让权等待的原则。
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进程互斥的硬件实现方法
①中断屏蔽方法
优点：简单，高效
缺点：不适合多处理机。只适用于OS内核进程。（开/关中断指令只能运行在内核态，给用户随意使用很危险）
②TestAndSet指令
TSL指令，硬件实现的，执行间不能被打断。
检查与上锁是一体的。
③swap指令
类似于TSL指令。
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进程互斥的高级方法
互斥锁
【还有信号量，管程，条件变量等】
上锁：acquire（）
解锁：release（）
互斥锁主要缺点是：忙等。
自旋锁：需要连续循环忙等的互斥锁。
自旋锁的底层实现：可以是TSL指令，swap指令，单标志法。
自旋锁的特点：
自旋锁适用于临界区极短且多处理器的场景；
如果临界区较长或单处理器，应使用阻塞型互斥锁。
信号量机制
整型信号量
原理：和双标志先检查后上锁相同。但是实现了 检查和上锁 一气呵成。（避免进程同时在临界区的问题）
缺点：不满足“让权等待”，会发生忙等。
记录型信号量⭐
原理：S. value表示剩余资源数，S.L指向等待资源的队列。
优点：遵循了“让权等待”原则（解决了“忙等”的问题）
EG
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用信号量机制实现进程互斥、同步、前驱关系
P（s） – 申请一个进程S，如果资源不够就阻塞等待
V（s） – 释放一个资源S，如果有进程在等待该资源，则唤醒一个进程。
实现进程互斥
信号量初始值为1。
临界区之前对信号量执行P操作
临界区之后对信号量执行V操作
实现进程同步
同步：保证顺序执行。
信号量初始值为0。
临界区之前对信号量执行V操作。
临界区之后对信号量执行P操作。
实现前驱关系
有多少个资源，信号量初始值就为多少。
前V后P。
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进程同步互斥问题
生产者消费问题
不能改变相邻P操作的顺序：会造成死锁（生产者和消费者都在等待对方释放资源，出现“死锁”）
- 因此实现互斥的P操作一定要在实现同步P操作之后。
可以改变相邻V操作的顺序，不会造成进程阻塞。
不建议把处理内容都放入临界区，会造成临界区上锁时间长。
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