嵌入式系统设计师学习笔记十一：进程管理②

进程管理：进程的同步与互斥

区别：

互斥：是指散布在不同进程之间的若干程序片断，当某个进程运行其中一个程序片段时，其它进程就不能运行它们之中的任一程序片段，只能等到该进程运行完这个程序片段后才可以运行。

同步：是指散布在不同进程之间的若干程序片断，它们的运行必须严格按照规定的 某种先后次序来运行，这种先后次序依赖于要完成的特定的任务。

图解：

互斥：（过独木桥，同一时间仅允许一个单位过桥）

同步：（某个流程的进行依赖于另一个流程运行后的结果）

联系：

同步是一种更为复杂的互斥，而互斥是一种特殊的同步。也就是说互斥是两个线程之间不可以同时运行，他们会相互排斥，必须等待一个线程运行完毕，另一个才能运行，而同步也是不能同时运行，但他是必须要安照某种次序来运行相应的线程（也是一种互斥）。

互斥：是指某一资源同时只允许一个访问者对其进行访问，具有唯一性和排它性。但互斥无法限制访问者对资源的访问顺序，即访问是无序的。

同步：是指在互斥的基础上（大多数情况），通过其它机制实现访问者对资源的有序访问。在大多数情况下，同步已经实现了互斥，特别是所有写入资源的情况必定是互斥的。少数情况是指可以允许多个访问者同时访问资源。

同步与互斥的经典问题：生产者与消费者

在上图中：假设搬运工甲每小时从A仓库运送6件货物至中转站，搬运工乙每小时从中转站搬运3件货物至B仓库，中转站最多只能存6个货物，第一个小时后：中转站中的货物=6（甲送来的）-3（乙运走的）=3，第二个小时后：中转站中的货物：6=3（第一个小时剩下的）+6（甲再次运来的）-3（乙运走的）=6；第三个小时后，中转站中的货物：3=6（第二个小时剩下的）-3（乙运走的），由于甲每次运来6个但是中转站中经过乙拿走3个以后还剩3个不能使得甲运来的6个货物全部装入，因此甲搬运工停止运送。

从第三个小时开始，便形成了生产者与消费者的问题，生产者生产的速度大于消费者消费的速度，由于中转站的容量有限，生产者不得不等待消费者，这便是同步，当中转站中的货物不允许生产者将一次生产的全部数据存入时，生产者便等待，这便是互斥。

为了提高效率，可将单中转站变为多中转站，在计算机中便是单缓冲区变为多缓冲区，这使得生产者和消费者的效率都得到了提升。

进程管理：PV操作

临界资源：各个进程间需要互斥方式对其进行共享的资源，如打印机、磁带机等

临界区：每个进程中访问临界资源的那段代码成为临界区
（临界区就是一段代码）

信号量：是一种特殊的变量（一般用S表示，若S>=0，则表示资源的个数，若S<0,则|S|表示被阻塞进程的个数（进程等待的数量））

PV操作是P原语（P操作）和V原语（V操作）。

在上图中，P操作是用于申请资源的，并且会被阻塞进程，每执行一次S=S-1，若信号量小于0（无资源可用）则将该进程放入等待队列中，若S>=0则，可以立即使用V操作执行当前进程。
对于V操作来说，V操作是用于释放资源的，每执行一次,S=S+1,若S<=0的话则从等待队列中唤醒一个等待中的进程，然后执行该进程。

原语：一旦开始执行，便不会被中断。

单缓冲区生产者、消费者问题PV原语描述：

在上图中（单缓冲区生产者与消费者问题）：
生产者生产一个产品，
第一轮：
执行P（s1）,则s1=s1-1=0,s1不小于0则继续，将产品送入缓冲区，然后执行V（s2），s2=s2+1=1。
此时s1=0,s2=1。
第二轮：
执行P（s1）,则s1=s1-1=-1,s1小于0,此时进程被阻塞，将s1送入等待队列。此时V（s2）不会被执行。
此时s1=-1,s2=1。
消费者消费产品：
第一轮：
执行P(s2),则s2=s2-1=0,s2不小于0,从缓冲区取产品，然后执行V（s1），s1=s1+1=0,s1<=0,则此时从s1等待队列中唤醒一个进程,即开始执行左边的V(s2),s2=s2+1=1。
此时s1=0,s2=1，再次回到了生产者第一轮结束后的状态，随后便成为一个循环过程。