【操作系统】03.进程同步、互斥、死锁

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进程线程同步、互斥

结合【嵌入式Linux中的Linux内核部分】学习

33.进程同步的方法

结合嵌入式Linux部分Linux内核中的进程同步方式一起学

同步是指在多个进程之间共享资源时，需要协调它们的执行顺序，以避免出现竞态条件等问题。以下是一些常用的进程同步方法：

临界区

临界区是指一段代码，在同一时刻只能被一个进程执行。为了保证多个进程在访问共享资源时不会产生冲突，可以使用临界区机制对共享资源进行保护。进程需要先获得对应的锁或信号量，才能进入临界区执行代码，执行完后再释放锁或信号量。

互斥锁（Mutex）

互斥锁用于保护共享资源，同一时间只允许一个进程访问共享资源。当进程需要访问共享资源时，它需要先获取互斥锁，如果互斥锁已经被其他进程获取了，那么进程就会被阻塞，直到互斥锁被释放为止。当进程完成对共享资源的访问时，它需要释放互斥锁，这样其他进程就可以访问共享资源了。

信号（Signal）

信号是一种进程间通信机制，用于在多个进程之间传递异步事件。当一个进程需要发送信号时，它可以调用发送函数，这样目标进程就会收到信号，并执行相应的处理函数。信号可以用于中断进程的执行，或者触发进程的某些行为。

信号量（Semaphore）

信号量是一种计数器，它用于保护共享资源。当进程需要访问共享资源时，它需要先获取信号量，如果信号量的值为正数，那么进程可以继续执行，同时信号量的值会减一；如果信号量的值为零，那么进程就会被阻塞，直到信号量的值大于零为止。当进程完成对共享资源的访问时，它需要释放信号量，同时信号量的值会加一，这样其他进程就可以访问共享资源了。

事件（Event）

事件是一种进程同步机制，用于在多个进程之间传递信号。当一个进程需要等待某个事件发生时，它可以调用事件的等待函数，这样进程就会被阻塞，直到事件发生为止。当另一个进程触发了事件后，它可以调用事件的通知函数，这样等待事件的进程就会被唤醒，继续执行。

条件变量（Condition Variable）

条件变量用于在多个进程之间传递信息，以协调它们的执行顺序。当一个进程需要等待某个条件成立时，它可以调用条件变量的等待函数，这样进程就会被阻塞，直到条件成立为止。当另一个进程满足了条件后，它可以调用条件变量的通知函数，这样等待条件的进程就会被唤醒，继续执行。

读写锁（Read-Write Lock）

读写锁用于保护共享资源，允许多个进程同时读取共享资源，但只允许一个进程写入共享资源。当一个进程需要读取共享资源时，它需要先获取读锁，如果没有其他进程持有写锁，那么进程可以获取读锁，同时其他进程也可以获取读锁；如果有进程持有写锁，那么进程就会被阻塞，直到写锁被释放为止。当一个进程需要写入共享资源时，它需要先获取写锁，如果没有其他进程持有读锁或写锁，那么进程可以获取写锁；否则进程就会被阻塞，直到读锁和写锁都被释放为止。

交换（Exchange）

交换是一种进程同步机制，用于在多个进程之间交换数据。当一个进程需要交换数据时，它可以调用交换函数，这样它就会被阻塞，直到另一个进程也调用了交换函数为止。当另一个进程调用了交换函数后，两个进程就会交换数据，并继续执行。

屏障（Barrier）

屏障用于协调多个进程的执行顺序，保证它们在某个点上同时开始执行或同时结束执行。当一个进程到达屏障时，它会被阻塞，直到所有进程都到达屏障为止。当最后一个进程到达屏障时，所有进程都会被唤醒，继续执行。

管程

管程是一种高级的同步机制，是一种抽象数据类型，提供了一组共享变量和一组操作共享变量的过程，保证多个进程在访问共享资源时的互斥和同步。管程封装了共享资源的访问方法，使得进程只能通过管程提供的接口访问共享资源，从而保证了共享资源的访问顺序和互斥性。管程可以使用条件变量等机制实现进程之间的同步和互斥。

两信互临，读事件，换屏管。

34.线程间同步方法有哪些？

线程安全是如何保证的

现在流行的进程线程同步互斥的控制机制，其实是由最基本的4种方法（临界区、互斥量、信号量和事件）实现的。 其他高级同步机制，例如屏障和管程，通常是基于这些基本方法实现的。

1. 临界区是指一段代码，只能由一个线程在同一时刻执行。当一个线程进入临界区时，其他线程必须等待。通过使用互斥锁（Mutex）来实现临界区的同步。

2. 互斥锁是一种线程同步的机制，用于保护临界区，确保同一时刻只有一个线程可以访问临界区。一个线程在进入临界区之前需要先获得互斥锁，执行完临界区的代码后再释放互斥锁，其他线程才能获得锁进入临界区。

3. 信号量是一种用于进程或线程之间同步的机制，可以控制同时访问某个资源的进程或线程数量。通过对信号量进行P操作（减1）和V操作（加1），可以实现线程间的同步和互斥。

4. **事件（或条件变量）**是一种同步机制，用于实现线程间的等待和通知。当一个线程在等待某个事件时，它会进入睡眠状态，等待其他线程通过通知唤醒它；当事件发生时，另一个线程会发送通知，唤醒等待的线程，让它继续执行。

35.进程互斥的软件实现

进程互斥是指在多个进程并发执行时，为了保证它们之间不会相互干扰、不会发生数据冲突等问题，需要采取一些方法来协调它们之间的访问和执行。下面介绍几种常见的进程互斥的软件实现方法：

1. 单标志法：该方法通过设置一个公共的标志来实现进程互斥。当一个进程需要访问共享资源时，先检查标志是否被占用，如果未被占用，则将标志设置为占用状态，并进入临界区；如果已被占用，则等待其他进程释放标志。在离开临界区时，清除标志，其他进程才能获取标志。
2. 双标志先检查法：该方法在单标志法的基础上，增加了一个等待标志。当一个进程需要访问共享资源时，先检查等待标志是否已被占用，如果未被占用，则将等待标志设置为占用状态，并检查标志是否被占用，如果未被占用，则将标志设置为占用状态，并进入临界区；如果已被占用，则释放等待标志并等待其他进程释放标志和等待标志。在离开临界区时，清除标志和等待标志，其他进程才能获取标志和等待标志。
3. 双标志后检查法：该方法与双标志先检查法类似，但是是先进入临界区后检查等待标志，如果等待标志已被占用，则释放标志并等待其他进程释放等待标志和标志。该方法相比双标志先检查法，可以减少不必要的等待，但也可能会导致优先级反转的问题。