操作系统（5）

进程同步：解决的是多个进程按特定顺序执行的问题

进程异步：解决的是多个进程不能同时访问同一资源的问题

• 对于临界资源（一次只一个进程访问的资源）的访问，需要互斥的进行

进程互斥的硬件实现方法：（ TestAndSet 、Swap ）

TestAndSet（Ts/Tsl）：它是一个原子操作，用于检查并修改内存值。它是实现自旋锁的基础。

可以保证"检查锁状态"和"上锁"这两个动作不会被中断。

• 解决临界区最简单的方法就是：互斥锁

需要连续循环忙等的互斥锁，都可以称为：自旋锁（Ts指令、Swap指令）

P、V 操作

• 可以这么理解，把信号量看作是一个资源，P操作是申请资源，V操作是释放资源

记录型信号量：semaphore mutex = 1； //初始化信号量

• 对不同的临界资源，需要设置不同的信号量

信号量机制实现进程互斥与同步（前V后P）

• 互斥：设置互斥信号量 初值为1， PV操作在一个进程里成对出现

• 同步：设置同步信号量初值要看对应资源的初始值是多少，在“前操作”之后执行V，在“后操作”之前执行P

进程的前驱关系（本质上就是多级的进程同步）

⚠️ 生产者-消费者 问题

• ⚠️请注意!!!!：实现互斥的P操作一定要放在实现同步的P操作之后，如果这两个P操作顺序颠倒（也就是先实现互斥P操作再实现同步P操作），就会产生死锁。
  而两个V操作之间的顺序是可以颠倒的，不会导致进程阻塞

• ⚠️ ! !

在生产者-消费者问题中，如果缓冲区大小为1，‘有可能不需要设置互斥信号量’就能实现 互斥访问缓冲区，但并不是绝对的

哲学家进餐问题

这种方式即不会出现死锁，也可以两人同时进餐

面试问题：⚠️⚠️⚠️⚠️⚠️⚠️⚠️⚠️⚠️⚠️⚠️

1. 如果面试官问："P和V怎么实现互斥和同步？"

"P操作是申请资源，V操作是释放资源。

实现互斥的时候，把信号量初值设为1，用P和V把临界区包起来，保证只有一个进程能进去。

实现同步的时候，把信号量初值设为0，先执行的进程最后V一下，后执行的进程一开始就P一下，这样后执行的就会等先执行的做完。"

2.读写问题

如果面试官问："你讲讲读者-写者问题怎么用信号量解决？"

你可以这样回答：

"读者-写者问题的核心是：读可以并行，写必须独占。

我用两个信号量：rw负责读写互斥，mutex保护读者计数器。第一个读者进来时要拿rw锁阻止写者，最后一个读者出去时要释放rw锁放行写者。中间的读者只增加计数，不碰rw锁，所以可以同时读。

不过这只是读者优先的方案，可能会导致写者饥饿。"

3. 你讲讲管程是什么，和信号量有什么区别？

"管程是一种高级同步机制，它把共享资源和操作封装在一起，自动保证互斥。和信号量相比：

• 使用方式不同：信号量需要手动P/V操作，容易出错；管程自动处理同步，调用者只管用

• 安全性不同：管程由编译器保证不会死锁（相对更安全）

• 编程范式不同：管程更符合面向对象，把资源和方法封装在一起

• 其实我平时用的synchronized就是管程的实现，用wait()和notify()来控制线程等待和唤醒，这就是管程思想在实际开发中的应用。"

synchronized：在java中，如果一个函数被关键字synchronized修饰，那么这个函数同一时间段内只能被一个线程调用