进程同步
进程同步的四大准则
进程同步的四大准则
当然可以，让我用更通俗的话解释一下进程同步的四大原则：
没人用就进去（空闲让进）：
像是图书馆的复印机，如果现在没人用，谁想复印就可以直接上手用。
进程也是这样，如果共享的东西没人动，谁想用谁就用。
有人用就排队（忙则等待）：
还是以图书馆复印机为例，如果已经有个人在复印了，其他人就不能同时用，得等着前面的人用完了再轮到自己。
进程访问共享资源也是这样，得排队等。
不会让你等到天荒地老（有限等待）：
就像排队等公交车，你知道车总会在合理的时间内来，不会让你永远等下去。
进程等待访问资源也是，系统会保证每个等待的进程能在一定时间内获得机会，不至于饿着肚子一直等。
别堵门，让人家先过（让权等待）：
假如复印机前有人在等，如果他只是傻站着不动，后面的人也甭想靠近。
聪明的做法是，如果知道自己还得等会儿，就先让出位置，让身后的人有事儿先办。
进程也是如此，如果不能立刻访问资源，就暂时放弃CPU，让别的进程先工作，这样大家都能更高效地轮流做事。
这就是进程同步的基本礼貌规则，帮助它们和平共处，避免乱套。
什么是进程同步进程同步的概念
什么是进程同步进程同步的概念进程同步是指在多道程序环境下，进程是并发执行的，不同进程之间存在着不同的相互制约关系。
那么你对进程同步了解多少呢?以下是由店铺整理关于什么是进程同步的内容，提供给大家参考和了解，希望大家喜欢!进程同步的的概念我们把异步环境下的一组并发进程因直接制约而互相发送消息、进行互相合作、互相等待，使得各进程按一定的速度执行的过程称为进程间的同步。
具有同步关系的一组并发进程称为合作进程，合作进程间互相发送的信号称为消息或事件。
如果我们对一个消息或事件赋以唯一的消息名，则我们可用过程wait (消息名) 表示进程等待合作进程发来的消息，而用过程signal (消息名) 表示向合作进程发送消息。
进程同步的制约关系在多道程序环境下，系统中各进程以不可预测的速度向前推进，进程的异步性会给系统造成混乱，造成了结果的不可再现性。
为防止这种现象，异步的进程间推进受到二种限制：(1)资源共享关系多进程共享资源，例如各进程争用一台计算机，这时各进程使用这台打印机时有一定的限制。
如各进程随意使用打印机，会造成打印机结果交织在一起难以区分。
所以必须由系统统一分配，每次只允许一个进程使用一段时间打印机，等该进程使用完毕后再将打印机分配给其它进程。
这种使用原则称为互斥使用。
(2)相互合作关系在某些进程之间还存在合作关系，例如图2-2程序并发执行图中一个程序的输入、计算、打印三个程序段作为三个进程并发执行，由于这三个进程间存在着相互合作的关系，即先输入再计算、最后再打印的关系，所以这三个进程在并发执行时推进序列受到限制，要保证其合作关系正确，进程间这种关系称为同步关系。
用P，V原语操作实现同步步骤：1. 为各并发进程设置私用信号量2. 为私用信号量赋初值3. 利用P、v原语和私用信号量规定各进程的执行顺序。
实例：例:设进程PA和PB通过缓冲区队列传递数据。
PA为发送进程、PB为接收进程。
PA发送数据时调用发送过程deposit(data)，PB接收数据时调用过程remove(data)。
操作系统-进程同步
2.4 进 程 同 步
在OS中引入进程后，一方面可以使系统中的多道程序并 发执行，这不仅能有效地改善资源利用率，还可显著地提高 系统的吞吐量，但另一方面却使系统变得更加复杂。如果不 能采取有效的措施，对多个进程的运行进行妥善的管理，必 然会因为这些进程对系统资源的无序争夺给系统造成混乱。 致使每次处理的结果存在着不确定性，即显现出其不可再现 性。
图2-14 前趋图举例
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第一章 操作系统引论
2.4.5 管程机制 1．管程的定义 系统中的各种硬件资源和软件资源均可用数据结构抽象
地描述其资源特性，即用少量信息和对该资源所执行的操作 来表征该资源，而忽略它们的内部结构和实现细节。
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第一章 操作系统引论
由上述的定义可知，管程由四部分组成：① 管程的名称； ② 局部于管程的共享数据结构说明；③ 对该数据结构进行 操作的一组过程；④ 对局部于管程的共享数据设置初始值的 语句。图2-15是一个管程的示意图。
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第一章 操作系统引论
1. 关中断 关中断是实现互斥的最简单的方法之一。在进入锁测试 之前关闭中断，直到完成锁测试并上锁之后才能打开中断。 这样，进程在临界区执行期间，计算机系统不响应中断，从 而不会引发调度，也就不会发生进程或线程切换。由此，保 证了对锁的测试和关锁操作的连续性和完整性，有效地保证 了互斥。但是，关中断的方法存在许多缺点：① 滥用关中断 权力可能导致严重后果；② 关中断时间过长，会影响系统效 率，限制了处理器交叉执行程序的能力；③ 关中断方法也不 适用于多CPU 系统，因为在一个处理器上关中断并不能防止 进程在其它处理器上执行相同的临界段代码。
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第一章 操作系统引论
2.4.4 信号量的应用 1. 利用信号量实现进程互斥 为使多个进程能互斥地访问某临界资源，只需为该资源
进程间同步的几种方法
进程间同步的几种方法进程间同步是指两个或多个进程之间进行协调，以确保它们能够正确地执行。
这是多任务操作系统中的重要问题，因为进程之间共享资源，包括内存、文件和网络连接等。
进程同步的关键是确保一组进程在处理共享资源时，能够避免发生竞态条件（Race Condition）和死锁（Deadlock）。
竞态条件指多个进程同时访问共享资源，导致不正确的结果。
死锁指多个进程互相等待，导致它们都无法继续执行。
1. 互斥锁互斥锁是最常见的同步方法之一，它被用来保护共享资源，确保同一时刻只有一个进程可以访问它。
当一个进程获取了锁，其他进程必须等待，直到锁被释放。
在 POSIX 系统中，互斥锁可以通过 pthread_mutex_t 数据类型实现。
我们可以使用pthread_mutex_init() 函数初始化锁，使用 pthread_mutex_lock() 函数获取锁，使用pthread_mutex_unlock() 函数释放锁。
下面是一个例子，展示了如何使用互斥锁同步两个进程对共享变量的访问：```c#include <pthread.h>#include <stdio.h>int count = 0;pthread_mutex_t lock;void *increment(void *arg) {for (int i = 0; i < 1000000; i++) {pthread_mutex_lock(&lock); // 获取锁count++;pthread_mutex_unlock(&lock); // 释放锁}return NULL;}在上面的例子中，我们创建了两个线程，它们分别对共享变量 count 进行了一百万次的递增操作。
我们使用了互斥锁来保护 count 变量，确保同一时刻只有一个线程可以访问它。
2. 信号量3. 条件变量条件变量可以被用来支持更高级的同步机制，如互斥锁和信号量。
进程同步：实验报告
进程同步：实验报告1．实验内容(进程的同步)(1) 阅读理解⽰例程序。
(2) 说明⽰例程序是否能适合解决 N 个⽣产者和 1 个消费者问题，并设计实验验证(3) 参照教材修改为 N 个⽣产者和 1 个消费者问题(4) 思考 N 个⽣产者和 M 个消费者问题的解决⽅案(不要求)(5) 利⽤信号量解决同步问题。
2．实验⽬的通过程序模拟及验证⽣产者消费者问题等经典问题，深⼊理解并发中的同步和互斥的概念3．实验原理(1)进程概念：(1.定义：程序的⼀次执⾏过程( 2.三种基本状态 :就绪状态，执⾏状态，阻塞状态(2)进程同步：(1.定义：并发进程在执⾏次序上的协调，以达到有效的资源共享和相互合作，使程序执⾏有可再现性。
( 2.两种形式的制约关系： (⼀：资源共享关系：进程间接制约，需互斥地访问临界资源。
)、(⼆：相互合作关系：进程直接制约)(3.临界资源：⼀次仅允许⼀个进程访问的资源，引起不可再现性是因为临界资源没有互斥访问。
(3)信号量：定义⼀个⽤于表⽰资源数⽬的整型量S，它与⼀般的整型量不同，除初始化外，仅能通过两个标准的原⼦操作 wait(S)和 signal(S)来访问，俗称 P,V操作。
通俗来讲就是⽤P 来访问资源后减去⼀个单位资源，⽤ V 操作来释放⼀个单位资源就是现有资源上加⼀个单位资源。
4．实验内容⼀：说明⽰例程序是否能适合解决 N 个⽣产者和 1 个消费者问题，并设计实验验证答：⽰例程序不能解决多个⽣产者和消费者的问题，它是解决单个消费者和⽣产者的。
如果可以就要修改代码，如“⼆”所说。
⼆：多个消费者和⽣产者的问题⽣产者 1 如上图所⽰：如果要解决多个⽣产者和消费者的问题：第⼀步：分析上图得出了两种关系，分别是异步和同步的关系第⼆步：异步关系的是⽣产者和⽣产者之间的，因为同⼀时刻只能有⼀个⽣产者访问缓冲区，所以我们就可以设置临界资源 .获得临界资源的⽣产者才能把产品放到缓冲区⾥第三步：同步关系有两个，⾸先是⽣产者和缓冲区之间，再是缓冲区和消费者之间。
《进程的同步》PPT课件
私用信号量：拥有信号量的进程只对信号量进行P操作
V操作由其他进程进行 用于进程间的合作
后继进程： P（s）
前驱进程： V（s）
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2.3.3 信号量的应用
▪ １.利用信号量实现进程互斥
P(s) 临界区
V(s)
临界 资源
P(s) 临界区
V(s)
进程Ａ
进程Ｂ
原理:为临界资源设置一互斥信号量，初始值为１，将 个进程的临界区CS置于P(S)和V(S)操作之间即可．
Pj：...... lock( L ) C( j )
unlock( L ) ......... unlock( L ) .........
Pi： 进程i C( i )： Pi的临界区
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出了问题的锁 L
进程 1 ......
进程 2 10
......
check: if ( L = = 1){
check: if ( L = = 1){
• 在临界区中，进程能改变变量的值，更新 数据表或写文件等。
•系统只允许一个进程在临界区执行，而不 允许其它进程进入临界区。
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• 解决临界区问题必须遵循的原则：
1. 当某一时刻没有进程处于临界区内时，相应的临界资源处 于空闲状态。因而可允许一个请求进入临界区进程立即进 入临界区，以有效地利用临界资源。
----------源于进程 间合作,产生同步问题
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司机
售票员
正常行车 到站停车
同步
检查车况
关车门 是
开车
否 同步
售票
否
到站停车
是 开车门
维持秩序 关车门
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同步实现初探（二）
打印进程 1
第4章 进程的同步与互斥
mxh
同步
生产者活动：
Repeat 加工一件物品
消费者活动：
Repeat wait(full)
wait（empty）
物品放入箱中 signal(full)
箱中取一物品
signal(empty) 消耗这件物品
Until false
Until false
mxh
互斥
生产者活动：
Repeat
认为缓冲区同一时刻只有一个人可
mxh
4.1 进程的同步和互斥
信号量定义(记录型信号量)
semaphore是一个结构体： typedef struct {
int value;
//资源的个数
//进程链表
struct process *L;
} semaphore;
mxh
4.1 进程的同步和互斥 申请一个
• 信号量操作wait现在可按如 下来定义： void wait (semaphore S) { S.value - -; if (S.value <0) { add this process to S.L; block(); } }
mxh
4.1 进程的同步和互斥
• 信号量的应用
–合作进程的执行次序 –共享缓冲区的进程的同步
mxh
4.1 进程的同步和互斥
• 合作进程的执行次序：
–保证一组合作进程按照逻辑需要所确定 的次序进行。
mxh
4.1 进程的同步和互斥
• 合作进程的执行次序
–可以用一个图来表示进程集合的执行次 序。图的连接描述了进程开始和结束的 次序约束，此图称为进程流图. –例如P78，图4-2。 –使用信号量机制实现图4-2的同步。（练 习）
操作系统：进程同步
操作系统：进程同步基本概念在 Os 中引⼊进程后，虽然提⾼了资源的利⽤率和系统的吞吐量，但由于进程的异步性，也会给系统造成混乱，尤其是在他们争⽤临界资源时。
例如，当多个进程去争⽤⼀台打印机时，有可能使多个进程的输出结果交织在⼀起，难于区分；⽽当多个进程去争⽤共享变量、表格、链表时，有可能致使数据处理出错。
进程同步的主要任务是对多个相关进程在执⾏次序上进⾏协调，以使并发执⾏的诸进程之间能有效地共享资源和相互合作，从⽽使程序的执⾏具有可再现性。
在资源共享的情况下：保证诸进程以互斥的⽅式访问临界资源—必须以互斥⽅式访问的共享资源；在相互合作的关系中：进程同步的主要任务是保证相互合作的诸进程在执⾏次序上协调，（有些教材把这种功能称做“协调”）。
相互合作的进程可能同时存在资源共享的关系。
如何实现进程互斥，需要让进程以互斥的⽅式进⼊各⾃的临界区，先执⾏进⼊区的代码。
⼈为地加⼀段代码。
临界资源必须以互斥⽅式访问的共享资源counter的例⼦：在机器语⾔中实现两个进程给count加⼀的操作register1 = countregister1 = register1 + 1count = register1register2 = countregister2 = register2 + 1count = register2但是如果是并发执⾏，可能会出现下⾯的情况register1 = countregister2 = countregister1 = register1 + 1register2 = register2 + 1count = register1count = register2结果就不对了。
可见，counter应该作为临界资源。
多个进程必须对其进⾏互斥访问临界区在每个进程中访问临界资源的那段代码称为临界区。
如果能保证诸进程互斥地进⼊⾃⼰的临界区，便可实现诸进程对临界资源的互斥访问。
每个进程在进⼊临界区之前，应先对欲访问的临界资源进⾏检查，看它是否正被访问。
详解进程同步与互斥机制
详解进程同步与互斥机制⽬录⼀、什么是进程同步⼆、什么是进程互斥三、常见的进程同步与互斥机制⼀、什么是进程同步在多道批处理系统中，多个进程是可以并发执⾏的，但由于系统的资源有限，进程的执⾏不是⼀贯到底的，⽽是⾛⾛停停，以不可预知的速度向前推进，这就是进程的异步性。
那么，进程的异步性会带来什么问题呢？举个例⼦，如果有 A、B 两个进程分别负责读和写数据的操作，这两个线程是相互合作、相互依赖的。
那么写数据应该发⽣在读数据之前。
⽽实际上，由于异步性的存在，可能会发⽣先读后写的情况，⽽此时由于缓冲区还没有被写⼊数据，读进程 A 没有数据可读，因此读进程 A 被阻塞。
进程同步（synchronization）就是⽤来解决这个问题的。
从上⾯的例⼦我们能看出，⼀个进程的执⾏可能影响到另⼀个进程的执⾏，所谓进程同步就是指协调这些完成某个共同任务的并发线程，在某些位置上指定线程的先后执⾏次序、传递信号或消息。
再举个⽣活中的进程同步的例⼦，你想要喝热⽔，于是你打了⼀壶⽔开始烧，在这壶⽔烧开之前，你只能⼀直等着，⽔烧开之后⽔壶⾃然会发⽣响声提醒你来喝⽔，于是你就可以喝⽔了。
就是说⽔烧开这个事情必须发⽣在你喝⽔之前。
注意不要把进程同步和进程调度搞混了：进程调度是为了最⼤程度的利⽤ CPU 资源，选⽤合适的算法调度就绪队列中的进程。
进程同步是为了协调⼀些进程以完成某个任务，⽐如读和写，你肯定先写后读，不能先读后写吧，这就是进程同步做的事情了，指定这些进程的先后执⾏次序使得某个任务能够顺利完成。
⼆、什么是进程互斥同样的，也是因为进程的并发性，并发执⾏的线程不可避免地需要共享⼀些系统资源，⽐如内存、打印机、摄像头等。
举个例⼦：我们去学校打印店打印论⽂，你按下了 WPS 的 “打印” 选项，于是打印机开始⼯作。
你的论⽂打印到⼀半时，另⼀位同学按下了 Word 的 “打印” 按钮，开始打印他⾃⼰的论⽂。
想象⼀下如果两个进程可以随意的、并发的共享打印机资源，会发⽣什么情况？显然，两个进程并发运⾏，导致打印机设备交替的收到 WPS 和 Word 两个进程发来的打印请求，结果两篇论⽂的内容混杂在⼀起了。
16、进程同步的四种方法？
16、进程同步的四种⽅法？1. 临界区对临界资源进⾏访问的那段代码称为临界区。
为了互斥访问临界资源，每个进程在进⼊临界区之前，需要先进⾏检查。
2. 同步与互斥同步：多个进程因为合作产⽣的直接制约关系，使得进程有⼀定的先后执⾏关系。
互斥：多个进程在同⼀时刻只有⼀个进程能进⼊临界区。
3. 信号量信号量（Semaphore）是⼀个整型变量，可以对其执⾏ down 和 up 操作，也就是常见的 P 和 V 操作。
down : 如果信号量⼤于 0 ，执⾏ -1 操作；如果信号量等于 0，进程睡眠，等待信号量⼤于 0；up ：对信号量执⾏ +1 操作，唤醒睡眠的进程让其完成 down 操作。
down 和 up 操作需要被设计成原语，不可分割，通常的做法是在执⾏这些操作的时候屏蔽中断。
如果信号量的取值只能为 0 或者 1，那么就成为了互斥量（Mutex），0 表⽰临界区已经加锁，1 表⽰临界区解锁。
使⽤信号量实现⽣产者-消费者问题问题描述：使⽤⼀个缓冲区来保存物品，只有缓冲区没有满，⽣产者才可以放⼊物品；只有缓冲区不为空，消费者才可以拿⾛物品。
因为缓冲区属于临界资源，因此需要使⽤⼀个互斥量 mutex 来控制对缓冲区的互斥访问。
为了同步⽣产者和消费者的⾏为，需要记录缓冲区中物品的数量。
数量可以使⽤信号量来进⾏统计，这⾥需要使⽤两个信号量：empty 记录空缓冲区的数量，full 记录满缓冲区的数量。
其中，empty 信号量是在⽣产者进程中使⽤，当 empty 不为 0 时，⽣产者才可以放⼊物品；full 信号量是在消费者进程中使⽤，当 full 信号量不为 0 时，消费者才可以取⾛物品。
注意，不能先对缓冲区进⾏加锁，再测试信号量。
也就是说，不能先执⾏ down(mutex) 再执⾏ down(empty)。
如果这么做了，那么可能会出现这种情况：⽣产者对缓冲区加锁后，执⾏ down(empty) 操作，发现 empty = 0，此时⽣产者睡眠。
进程同步：实验报告
1．实验内容（进程的同步）(1)阅读理解示例程序。
(2)说明示例程序是否能适合解决N个生产者和1个消费者问题，并设计实验验证(3) 参照教材修改为N个生产者和1个消费者问题(4) 思考N个生产者和M个消费者问题的解决方案（不要求）(5) 利用信号量解决同步问题。
2．实验目的通过程序模拟及验证生产者消费者问题等经典问题，深入理解并发中的同步和互斥的概念3．实验原理（1）进程概念：（1.定义：程序的一次执行过程（2.三种基本状态:就绪状态，执行状态，阻塞状态（2）进程同步：（1.定义：并发进程在执行次序上的协调，以达到有效的资源共享和相互合作，使程序执行有可再现性。
（2.两种形式的制约关系：（一：资源共享关系：进程间接制约，需互斥地访问临界资源。
）、（二：相互合作关系：进程直接制约）（3.临界资源：一次仅允许一个进程访问的资源，引起不可再现性是因为临界资源没有互斥访问。
（3）信号量：定义一个用于表示资源数目的整型量S，它与一般的整型量不同，除初始化外，仅能通过两个标准的原子操作wait(S)和signal(S)来访问，俗称P,V操作。
通俗来讲就是用P来访问资源后减去一个单位资源，用V操作来释放一个单位资源就是现有资源上加一个单位资源。
4．实验内容一：说明示例程序是否能适合解决N个生产者和1个消费者问题，并设计实验验证答：示例程序不能解决多个生产者和消费者的问题，它是解决单个消费者和生产者的。
如果可以就要修改代码，如“二”所说。
二：多个消费者和生产者的问题如上图所示：如果要解决多个生产者和消费者的问题：第一步：分析上图得出了两种关系，分别是异步和同步的关系第二步：异步关系的是生产者和生产者之间的，因为同一时刻只能有一个生产者访问缓冲区，所以我们就可以设置临界资源.获得临界资源的生产者才能把产品放到缓冲区里第三步：同步关系有两个，首先是生产者和缓冲区之间，再是缓冲区和消费者之间。
他们都满足一前一后的关系，即当缓冲区空间未满时，生产者才可以放产品；缓冲区不为空的时候才可以让消费者取出产品消费。
进程同步实验总结范文
进程同步实验总结范文实验三：进程同步实验一、实验任务：（1）掌握操作系统的进程同步原理；（2）熟悉linu某的进程同步原语；（3）设计程序，实现经典进程同步问题。
二、实验原理：（1）P、V操作PV操作由P操作原语和V操作原语组成（原语是不可中断的过程），对信号量进行操作，具体定义如下：P（S）：①将信号量S的值减1，即S=S-1；②如果S30，则该进程继续执行；否则该进程置为等待状态，排入等待队列。
V（S）：①将信号量S的值加1，即S=S+1；②如果S>0，则该进程继续执行；否则释放队列中第一个等待信号量的进程。
（2）信号量信号量（emaphore）的数据结构为一个值和一个指针，指针指向等待该信号量的下一个进程。
信号量的值与相应资源的使用情况有关。
当它的值大于0时，表示当前可用资源的数量；当它的值小于0时，其绝对值表示等待使用该资源的进程个数。
注意，信号量的值仅能由PV操作来改变。
一般来说，信号量S30时，S表示可用资源的数量。
执行一次P操作意味着请求分配一个单位资源，因此S的值减1；当S<0时，表示已经没有可用资源，请求者必须等待别的进程释放该类资源，它才能运行下去。
而执行一个V操作意味着释放一个单位资源，因此S的值加1；若S￡0，表示有某些进程正在等待该资源，因此要唤醒一个等待状态的进程，使之运行下去。
（3）linu某的进程同步原语①wait()；阻塞父进程，子进程执行；②#include<y/type.h>#include<y/ipc.h>key_tftok(char某pathname,charproj)；它返回与路径pathname相对应的一个键值。
③intemget(key_tkey,intnem,intemflg)参数key是一个键值，由ftok获得，唯一标识一个信号灯集，用法与mgget()中的key相同；参数nem指定打开或者新创建的信号灯集中将包含信号灯的数目；emflg参数是一些标志位。
1编程实现进程同步和互斥
1编程实现进程同步和互斥进程同步和互斥是操作系统中非常重要的概念，用于确保多个进程或线程之间能够按照一定的顺序进行并发执行，避免数据竞争和资源冲突。
1.进程同步：进程同步是指多个进程或线程按照一定的顺序执行，以避免数据竞争和资源冲突。
1.1 互斥量(Mutex)：互斥量是一种最常见的进程同步机制。
它基于二进制信号量的原理，保证在同一时刻只能有一个进程访问共享资源。
在访问共享资源之前，进程需要先请求互斥量，如果互斥量被锁定，则进程进入等待状态，直到互斥量被释放。
互斥量的基本操作包括锁定和释放。
1.2 信号量(Semaphore)：信号量是另一种常见的进程同步机制。
它是一个整型变量，用于控制多个进程对共享资源的访问。
在访问共享资源之前，进程需要先检查信号量的值。
如果信号量的值大于0，则进程可以继续执行。
如果信号量的值等于0，则进程进入等待状态，直到其他进程释放信号量。
信号量的基本操作包括加1和减11.3 条件变量(Condition Variable)：条件变量是一种进程同步的机制，用于在多个进程之间传递信号以实现其中一种特定的行为。
在进程访问共享资源时，如果条件不满足，则进程进入等待状态。
当条件满足时，其他进程通过发送信号给被阻塞的进程来唤醒它们。
2.进程互斥：进程互斥是指多个进程或线程之间避免并发执行，以防止数据竞争和资源冲突。
2.1 互斥锁(Mutual Exclusion Lock)：互斥锁是一种用于保护共享资源的机制。
在进程访问共享资源之前，需要先获取互斥锁。
如果互斥锁已经被其他进程持有，则当前进程会被阻塞，直到其他进程释放互斥锁。
一旦当前进程获得互斥锁，就可以访问共享资源，访问完成后，需要释放互斥锁。
2.2 读写锁(Read-Write Lock)：读写锁是一种更为复杂的进程互斥机制。
它允许多个线程同时读取共享资源，但只允许一个线程写入共享资源。
在写入共享资源之前，需要获取写锁。
如果写锁已经被其他线程持有，则写操作被阻塞。
计算机操作系统课件02-3进程同步
若进程A和B按下述次序交替执行wait操作： process A: wait(Dmutex)； 于是Dmutex=0 process B: wait(Emutex)； 于是Emutex=0 process A: wait(Emutex)； 于是Emutex=-1 A阻塞 process B: wait(Dmutex)； 于是Dmutex=-1 B阻塞
若加1后仍是S.value≤0，则表示在该信号量链表中，仍有等待 该资源的进程被阻塞，故还应调用wakeup原语，将S.L链表中 的第一个等待进程唤醒。
如果S.value的初值为1，表示只允许一个进程访问临界资源， 此时的信号量转化为互斥信号量，用于进程互斥。
3．AND型信号量
上述的进程互斥问题，是针对各进程之间只共享一个临界资 源而言的。在有些应用场合，是一个进程需要先获得两个或 更多的共享资源后方能执行其任务。
……
producer: repeat
produce an item in nextp；
while counter=n do no-op； buffer［in］:=nextp； in:=in+1 mod n； counter:=counter+1； until false；
consumer: repeat while counter=0 do no-op； nextc:=buffer［out］； out:=(out+1) mod n； counter:=counter-1； consumer the item in nextc； until false；
register1:=register1+1； register2:=register2-1；
counter:=register1； counter:=register2；
进程同步的方法
进程同步的方法
进程同步是指在多个进程之间协调和同步它们的执行顺序，以避免出现互相干扰和冲突的情况。
在操作系统中，进程同步是非常重要的一部分。
以下是三种常用的进程同步的方法：
1. 信号量(semaphore)
信号量是最古老、最简单的同步机制，它是一个计数器，用于表示可用的资源数量。
当一个进程需要使用一个资源时，它必须首先获取一个信号量，然后在使用完资源后释放信号量，以便其他进程可以使用该资源。
如果没有可用的信号量，进程将被阻塞，直到一个信号量可用为止。
2. 互斥锁(mutex)
互斥锁是一种同步机制，它用于限制同时只能有一个进程访问共享资源。
进程在访问共享资源之前必须获取互斥锁。
如果互斥锁已被其他进程获取，则该进程将被阻塞，直到互斥锁可用。
当进程完成对共享资源的访问时，它必须释放互斥锁，以便其他进程也可以访问共享资源。
3. 条件变量(condition variable)
条件变量是一种同步机制，它允许进程等待另一个进程发出特定信号。
当一个进程需要等待某个事件发生时，它可以调用条件变量来等待。
一个进程可以发出特定信号来唤醒正在等待的进程。
条件变量通常与互斥锁一起使用，以确保线程在访问共享资源时是互斥的。
这些方法可以帮助进程在多个进程之间协调和同步它们的执行顺序，以避免出现互相干扰和冲突的情况。
但是，正确使用这些方法也需要开发人员对进程同步的理解和掌握。
进程同步基本概念和原则
进程同步基本概念和原则1.引言1.1 概述进程同步是计算机科学领域中一个重要的概念。
在多任务操作系统中，多个进程并发执行，它们共享系统资源，如内存、文件等。
为了保证系统的正确性和可靠性，需要对进程的执行进行协调和管理。
进程同步的概念就是指在多个进程之间进行协作，使它们按照一定的顺序执行，以避免出现竞争状态和数据不一致的问题。
在并发执行的场景中，由于进程的执行速度和执行顺序是不可预测的，因此可能会引发一些问题，如死锁、饥饿等。
进程同步的目的是为了确保进程按照一定的次序执行，并且能够相互合作完成任务。
通过合理的同步机制，可以避免竞争条件，保证数据的一致性，提高系统的效率和稳定性。
为了实现进程同步，可以使用一些基本的同步机制，如互斥量、信号量、条件变量等。
这些机制通过提供临界区、等待和唤醒等操作，实现了进程之间的协调和合作。
在本文中，我们将介绍进程同步的基本概念和原则。
首先，我们将对进程同步的概念进行详细阐述，介绍其在多任务操作系统中的作用和意义。
然后，我们将介绍一些常用的进程同步原则，包括互斥、同步、顺序等。
通过深入理解这些基本概念和原则，可以帮助读者更好地理解进程同步的内在机制和实现方式。
本文旨在提供关于进程同步的基本知识和理论，并为读者进一步研究和应用进程同步提供参考。
最后，我们将对本文的内容进行总结，并展望进程同步在未来的发展方向。
希望本文能够对读者加深对进程同步的理解，并在实际应用中发挥积极的作用。
1.2文章结构文章结构部分的内容可以按照以下方式编写："1.2 文章结构本文分为三个主要部分，包括引言、正文和结论。
引言部分主要对进程同步的主题进行概述，简要介绍进程同步的基本概念和相关原则。
同时，引言部分还介绍了本文的结构，并说明了文章的目的。
正文部分分为2个小节，分别是进程同步基本概念和进程同步原则。
在进程同步基本概念部分，我们将详细介绍什么是进程同步，为什么需要进行进程同步以及进程同步的基本概念和相关术语。
进程之间同步和互斥的区别和联系
进程之间同步和互斥的区别和联系
进程之间的同步和互斥是操作系统中非常重要的概念，它们有着相似之处，但又各自有着独特的特点。
同步是指多个进程之间协调执行的过程，要求它们按照一定的顺序进行操作，以达到正确的结果。
同步的实现通常依赖于各种同步机制，如信号量、互斥锁、条件变量等。
同步可用于解决多个进程共享资源的问题，如文件、内存等。
互斥是指多个进程之间对共享资源的访问进行控制，以保证每个资源只被一个进程占用。
互斥的实现通常依赖于互斥锁等机制。
互斥可用于解决多个进程竞争同一资源的问题，如临界区。
在实际应用中，同步和互斥往往是相辅相成的，它们合作来保证进程协同工作的正确性和效率。
例如，多个进程需要共享一个资源时，就需要使用同步机制来协调它们的访问；而在每个进程访问资源时，就需要使用互斥机制来避免数据竞争。
总之，同步和互斥是操作系统中非常重要的概念，它们的区别和联系对于理解进程间通讯机制和协作方式有着重要的意义。
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进程同步的方法
进程同步的方法
进程同步指的是在多个进程间实现互斥、协作和同步执行的方法。
以下是常见的几种进程同步方法：
1. 互斥锁
互斥锁是最常用的进程同步方法之一，在程序中通过加锁和解锁
来控制对共享资源的访问。
当一个进程已经持有了互斥锁时，其他进
程就需要等待锁被释放后才能获得锁。
互斥锁可以避免多个进程同时
修改同一个共享资源导致数据的混乱。
2. 信号量
信号量是一种计数器，用于控制对共享资源的访问。
当一个进程
需要使用共享资源时，它会尝试获得信号量，如果信号量的值大于零，则进程可以获得资源，并将信号量的值减一，表示该进程占用了一个
资源。
当进程使用完共享资源后，它会将信号量的值加一，表示释放
了该资源，其他进程则可以继续使用。
3. 事件
事件是一种进程同步方法，用于在多个进程间实现协作和同步执行。
它是一种对信号的扩展，可以用来通知进程发生了某个事件。
当
一个进程需要等待某个事件发生时，它会阻塞等待，直到事件触发后
才被唤醒继续执行。
4. 管程
管程是一种高级的进程同步方法，用于更为复杂的共享资源管理和多进程协作。
它是一种抽象的程序设计模型，其中包含了一组共享数据结构和一组操作这些数据结构的过程。
管程通过提供一些原始操作（如发送信号、等待事件等）来保证多个进程之间的正确协作和同步执行。
以上是常见的几种进程同步方法，应根据具体场景和需求选择合适的方法。
在编写程序时，应遵循好的编程习惯，充分测试程序，避免出现死锁等问题，以确保程序的正确性和稳定性。
进程同步的几种方式
进程同步的⼏种⽅式1、信号量⽤于进程间传递信号的⼀个整数值。
在信号量上只有三种操作可以进⾏：初始化，P操作和V操作，这三种操作都是原⼦操作。
P操作(递减操作)可以⽤于阻塞⼀个进程，V操作(增加操作)可以⽤于解除阻塞⼀个进程。
基本原理是两个或多个进程可以通过简单的信号进⾏合作，⼀个进程可以被迫在某⼀位置停⽌，直到它接收到⼀个特定的信号。
该信号即为信号量s。
为通过信号量s传送信号，进程可执⾏原语semSignal(s);为通过信号量s接收信号，进程可执⾏原语semWait(s);如果相应的信号仍然没有发送，则进程被阻塞，直到发送完为⽌。
可把信号量视为⼀个具有整数值的变量，在它之上定义三个操作：⼀个信号量可以初始化为⾮负数semWait操作使信号量s减1.若值为负数，则执⾏semWait的进程被阻塞。
否则进程继续执⾏。
semSignal操作使信号量加1，若值⼤于或等于零，则被semWait操作阻塞的进程被解除阻塞。
2、管程管程是由⼀个或多个过程、⼀个初始化序列和局部数据组成的软件模块，其主要特点如下：局部数据变量只能被管程的过程访问，任何外部过程都不能访问。
⼀个进程通过调⽤管程的⼀个过程进⼊管程。
在任何时候，只能有⼀个进程在管程中执⾏，调⽤管程的任何其他进程都被阻塞，以等待管程可⽤。
管程通过使⽤条件变量提供对同步的⽀持，这些条件变量包含在管程中，并且只有在管程中才能被访问。
有两个函数可以操作条件变量：cwait(c)：调⽤进程的执⾏在条件c上阻塞，管程现在可被另⼀个进程使⽤。
csignal(c)：恢复执⾏在cwait之后因为某些条件⽽阻塞的进程。
如果有多个这样的进程，选择其中⼀个；如果没有这样的进程，什么以不做。
3、消息传递消息传递的实际功能以⼀对原语的形式提供：send(destination,message)receive(source,message)这是进程间进程消息传递所需要的最⼩操作集。
⼀个进程以消息的形式给另⼀个指定的⽬标进程发送消息；进程通过执⾏receive原语接收消息，receive原语中指明发送消息的源进程和消息。
进程同步的通俗理解
进程同步的通俗理解
进程同步是指在多进程环境下，为了保证各个进程之间的数据和资源的一致性，必须采取一些措施来协调它们之间的行为，避免出现冲突和竞争。
一般来说，进程同步需要考虑以下几个方面：
1. 互斥：当多个进程同时访问共享资源时，必须确保它们不会
同时执行临界区代码，否则会导致数据的混乱和错误。
为此，可以使用互斥对象或者信号量来控制对共享资源的访问，使之成为一个原子操作。
2. 同步：当多个进程之间存在依赖关系时，必须保证它们按照
一定的顺序执行，否则会导致死锁和饥饿。
为此，可以使用条件变量或者信号量来实现进程之间的同步和通信，使之成为一个有序的过程。
3. 通知：当某个进程需要等待其它进程的操作完成时，必须采
取某种方式来通知它们，否则会导致进程的长时间等待和占用资源。
为此，可以使用事件对象或者信号量来发送和接收通知，使之成为一个有效的机制。
总之，进程同步是一种非常重要的技术，它能够有效地提高多进程系统的可靠性和性能，避免出现各种问题和异常。
对于程序员来说，掌握进程同步的原理和方法，是非常关键的一步，它可以帮助我们更好地设计和实现高质量的软件系统。
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第二章 进 程 管 理
P操作
P(s):
若S<0，入等待队列
取s值减1 若S>=0，继续
第二章 进 程 管 理
V操作
V(s):
取s值加1
若S<=0，唤醒一等待 队列进程
若S>0，继续
第二章 进 程 管 理
用P、V原语实现互斥
例：打印机分配
互斥信号量mutex（初值为1）
Pa为分配进程 Pb为释放进程
s
t
第二章 进 程 管 理
解
• 设置四个信号量Sin=1，Sout=0，Tin=1， Tout=0； get：
copy：
while（1） { P(Sout）; P(Tin）; 将数从S取出放入T; V(Tout); V(Sin); }
put：
while（1） { P(Tout）; 将数从T取走; V(Tin); }
【思考题】
有一阅览室，读者进入时必须先在一张登记表上进 行登记，该表为每一座位列一表目，包括座号和 读者姓名。读者离开时要消掉登记信号，阅览室 中共有100个座位，请问： (1) 为描述读者的动作，应编写几个程序？设置 几个进程？进程与程序间的对应关系如何？ (2) 用类Pascal语言和P, V操作写出这些进程间的
同步算法。
第二章 进 程 管 理
答：(1) 应编写1个程序；设置2个进程；
进程与程序间的对应关系是：多对1。
第二章 进 程 管 理
(2) begin S1:=100 (有100个座位) S2:=0 (有没阅读者) mutex: =1 cobegin P1: repeat P(S1); P(mutex); 登记信息; V(muetx); V(S2)就座，阅读； until false coend end
第二章 进 程 管 理
【思考题2】
如图，试用信号量实现这6个进程的同步
第二章 进 程 管 理
解
设有5个信号量S2、S3、S4、S5、S6，初值均为０ P1： P2： P3： P4： P5： P6： … P(S2); P(S3) P(S4); P(S5); P(S6); V(S2); … … … P(S5); P(S6); V(S3)； … … V(S4); V(S6); V(S5) V(S5)； V(S6);
第二章 进 程 管 理
解
设置三个信号量S,So,Sa ，初值分别为 1，0，0。分别表示可否向盘中放水果， 可否取桔子，可否取苹果。
第二章 进 程 管 理
Father() { while(1) { p(S);
Son() { while(1) { p(So) 将水果放入盘中; 取桔子 v(S); if(是桔 子)v(So); 吃桔子; else v(Sa); } } } }
互斥
互斥是并发执行的多 个进程由于竞争同一资源 而产生的相互排斥的关系
第二章 进 程 管 理
——互斥进程彼此在逻辑 上是完全无关的
—— 它 们 的 运 行 不 具 有时间 次序的特征
第二章 进 程 管 理
临界资源和临界区
信号量 P、V操作
第二章 进 程 管 理
临界资源
一次仅允许一个进程使 用的共享资源
第二章 进 程 管 理
信号量及P、V操作讨论（续2）
2) P.V操作必须成对出现，有一个P操作就一 定有一个V操作
当为互斥操作时，它们同处于同一进程 当为同步操作时，则不在同一进程中出现 如果P(S1)和P(S2)两个操作在一起，那么P操 作的顺序至关重要。 一个同步P操作与一个互斥P操作在一起时同 步P操作在互斥P操作前
第二章 进 程 管 理
解
（1）定义二个信号量S1、S2，初值均为1， 即：S1=1，S2=1。其中进程A和C使用信 号量S1，进程B和D使用信号量S2。 （2）从[1]到[8]分别为：P(S1) V(S1) P(S2) V(S2) P(S1) V(S1) P(S2) V(S2)
第二章 进 程 管 理
第二章 进 程 管 理
解
• 为此设有两个信号量Sa=0，Sb=1，Sa表示缓冲区中 有无数据，Sb表示缓冲区中有无空位置。 • 两个进程的同步可以描述如下：
第二章 进 程 管 理
【思考题】
1.用P.V操作解决下图之同步问题 提示：分别考虑对缓冲区S和T的同步，再 合并考虑 get copy put
第二章 进 程 管 理
例
如图，试用信号量实现这三个进程的同 步。
设有两个信号量SB、SC，初值均为０ Pa： Pb： Pc： … P(SB); P(SC) V(SB); … … V(SC);
第二章 进 程 管 理
【思考题1】
如图，试用信号量实现这三个进程的同步。
第二章 进 程 管 理
解
设有两个信号量S1、S2，初值均为０ P1： P2： P3： … … P(S1) V(S1); V(S2); P(S2) …
而两个V操作无关紧要
第二章 进 程 管 理
信号量及P、V操作讨论（续3）
3）P、V操作的优缺点 优点： 简单，而且表达能力强（用P、V操作可解
决任何同步互斥问题）
缺点： 不够安全，P、V操作使用不当会出现死锁； 遇到复杂同步互斥问题时实现复杂
第二章 进 程 管 理
合作进程的执行次序
• 若干个进程为了完成一个共同任务而并发执行，在这 些进程中，有些进程之间有次序的要求，有些进程之 间没有次序的要求，为了描述方便，可以用一个图来 表示进程集合的执行次序。如图
第二章 进 程 管 理
var waiting : integer; /*等候理发的顾客数*/ CHAIRS:integer; /*为顾客准备的椅子数*/ customers, barbers，mutex : semaphore; customers := 0; barbers := 0; waiting := 0; mutex := 1; Procedure barber; begin while(TRUE); /*理完一人,还有顾客吗?*/ P(cutomers); /*若无顾客,理发师睡眠*/ P(mutex); /*进程互斥*/ waiting := waiting – 1; /*等候顾客数少一个*/ V(barbers); /*理发师去为一个顾客理发*/ V(mutex); /*开放临界区*/ cut-hair( ); /*正在理发*/ end; procedure customer begin P(mutex); /*进程互斥*/ if waiting<CHAIRS begin /*看看有没有空椅子*/ waiting := waiting+1; /* 等候顾客数加1*/ V(customers); /*必要的话唤醒理发师*/ V(mutex); /*开放临界区*/ P(barbers); /*无理发师, 顾客坐着养神*/ get-haircut( ); /*一个顾客坐下等理发*/ end V(mutex); /*人满了,走吧!*/
第二章 进 程 管 理
2.3 进 程 同 步 进程在活动中会相互制约 所有进程都是相互独立的
进程以异步方式并发执行
第二章 进 程 管 理
同步
同步是进程间共同完 成一项任务时直接发生 相互作用的关系
第二章 进 程 管 理
——同步进程间具有合作 关系 ——在执行时间上必须按 一定的顺序协调进行
第二章 进 程 管 理
如：打印机、内存单 元、表格
第二章 进 程 管 理
临界区
在每个进程中访问临界资源的那段程序
• 空闲让进
• 忙则等待
• 有限等待 • 让权等待
第二章 进 程 管 理
信号量
• 一般说来，信号量的值与
相应资源的使用情况有关 • 信号量的值仅由P、V操作 改变
第二章 进 程 管 理
P、V操作都是原语
P：申请一个单位资源
第二章 进 程 管 理
【思考题3】
用P.V操作解决司机与售票员的问题 司机进程： while(1) { 启动车辆
正常驾驶 到站停车 }…
售票 员 进程 ： while(1) { 关门
售票
}…
开门
第二章 进 程 管 理
解
• 设有两个信号量S1，S2，初值均为0。
司机进程： while(1) { P(S1) 启动车辆 正常驾驶 到站停车 V(S2) }… 售票 员 进程 ： while(1) { 关门 V(S1) 售票 P(S2) 开门
}…
第二章 进 程 管 理
共享缓冲区的进程的同步
• 设某计算进程ＣＰ和打印进程ＩＯＰ共 用一个单缓冲区，ＣＰ进程负责不断地 计算数据并送入缓冲区Ｔ中，ＩＯＰ进 程负责不断地从缓冲区Ｔ中取出数据去 打印。
第二章 进 程 管 理
分析
通过分析可知，ＣＰ、ＩＯＰ必须遵守以 下同步规则： • 当ＣＰ进程把计算结果送入缓冲区时， IOP进程才 能从缓冲区中取出结果去打 印; • 当IOP进程把缓冲区中的数据取出打印后， ＣＰ进程才能把下一个计算结果送入缓 冲区
第二章 进 程 管 理
思考
• 对于N个并发进程，信号量的取值范围 是什么，有什么含义。
第二章 进 程 管 理
信号量及P、V操作讨论（续1）
1) 信号量的物理含义： S>0表示有S个资源可用 S=0表示无资源可用 S<0则| S |表示S等待队列中的进程个数 P(S)：表示申请一个资源 V(S)：表示释放一个资源。 信号量的初值应该大于等于0
第二章 进 程 管 理
Pa： ... P（mutex） 分配打印机
Pb： ... P（mutex） 释放打印机
（读写分配表） （读写分配表）
V（mutex）
...
V（mutex）