进程同步与互斥汇总
操作系统第6章 进程互斥与同步
Co-begin void Producer_i( ) (i=1,2…k) { item next_p; while(1){ produce an item in next_p P(empty); P(s); add next_p to buffer V(s); V(full); } } void consumer_j( ) (j=1,2…m) { item next_c; while(1){ P(full); P(s); remove an item from buffer to next_c V(s); V(empty); consume the item in next_c}} Co-end
• 进入临界段之前要申请，获得批准方可进入； • 退出临界段之后要声明，以便其他进程进入。
用程序描述： While(1){ entry_section; critical_section; exit_section; remainder_section; }
解决临界段问题的软件算法必须遵循：
准则1:不能虚设硬件指令或假设处理机数目。 准则2:不能假设n个进程的相对速度。 准则3:当一个进程未处于其临界段时，不应阻止 其他进程进入临界段。 准则4:当若干进程欲进入临界段时，应在有限时 间内选出一个进程进入其临界段。 用准则3，4不难推出下面原则 协调各进程入临界段的调度原则： • 当无进程处于临界段时，允许一个进程立即进入临界段。
3.实现临界段的硬件方法
利用处理机提供的特殊指令实现临界区加锁。 常见硬件指令有: ⑴ “Test_and_Set”指令 该指令功能描述为： int *target ( 限定为0,1） int Test_and_Set (int *target) { int temp; temp = *target ； *target = 1; return temp; }
解释一下进程同步和互斥的概念,并提供一些实际应用的例子。
解释一下进程同步和互斥的概念，并提供一些实际应用的例子。
解释进程同步和互斥的概念，并提供实际应用例子进程同步和互斥是操作系统中重要的概念，用于确保并发执行的进程能够正确地共享资源和避免竞争条件的发生。
以下是对这两个概念的解释以及一些实际应用的例子：进程同步的概念进程同步是指多个进程在执行过程中按照一定的顺序和规则进行协调以达到预期的结果。
在并行执行的环境下，进程可能会相互依赖或者依赖于某些共享资源，因此需要通过某种机制来保证进程之间的协调与同步。
常见的进程同步机制有：1. 互斥锁（Mutex）：一种二进制信号量，用于确保在某一时刻只有一个进程访问共享资源，其他进程需要等待。
2. 信号量（Semaphore）：用于控制多个进程对共享资源的访问，可以通过增减信号量的值来实现协调。
3. 条件变量（Condition Variable）：用于在某一进程等待某个条件满足时暂停执行，直到条件满足后继续执行。
进程互斥的概念进程互斥是指多个进程对于共享资源的访问被限制为互斥的，即同一时刻只能有一个进程访问共享资源。
这样可以防止并发时的竞争状况，确保每个进程得到正确的结果。
实际应用例子：1. 银行账户：多个用户同时进行转账或查询操作时，需要对账户进行同步操作，避免出现数据不一致的情况。
2. 打印机：多个进程同时请求打印机，需要通过互斥机制来控制打印机资源的访问顺序，避免打印内容交叉或重叠。
3. 多线程编程：在多线程编程中，多个线程共享同一数据结构时，需要使用锁或信号量等机制来保证线程之间的同步和互斥。
这些例子中，进程同步和互斥机制的应用确保了资源的正确使用和并发操作的有序性，提高了系统的稳定性和可靠性。
以上是关于进程同步和互斥的概念解释以及实际应用例子的内容。
进程同步和互斥在操作系统中扮演重要角色，对于确保并发操作的正确性至关重要。
进程的同步与互斥实验报告
进程的同步与互斥实验报告1.实验目的进程（线程）的同步与互斥是操作系统中非常重要的概念，本实验旨在通过实际操作，加深对这些概念的理解和掌握。
通过编写多个进程（线程），并在其间进行同步与互斥操作，验证同步与互斥的实际效果。
2.实验环境本实验在Linux系统下进行，使用C/C++语言编程。
3.实验内容3.1同步在实验中，我们编写了两个进程A和B，这两个进程需要按照特定的顺序执行。
为了实现同步，我们使用信号量机制来确保进程A和B按照正确的顺序执行。
3.2互斥在实验中，我们编写了多个进程C和D，这些进程需要同时对一个共享资源进行访问。
为了实现互斥，我们使用互斥锁机制来确保同一时刻只有一个进程访问共享资源。
4.实验过程4.1同步实验编写进程A和进程B的代码，使用信号量机制实现同步。
进程A先运行，然后通过信号量唤醒进程B，进程B再开始执行。
通过观察进程的运行顺序，验证同步机制是否起作用。
4.2互斥实验编写进程C和进程D的代码，使用互斥锁机制实现互斥。
进程C和进程D同时对一个共享资源进行访问，通过互斥锁来确保同一时刻只有一个进程访问共享资源。
观察进程的输出结果，验证互斥机制是否起作用。
5.实验结果5.1同步实验结果进程A开始执行进程A执行完毕进程B开始执行进程B执行完毕5.2互斥实验结果进程C开始执行进程C访问共享资源进程C执行完毕进程D开始执行进程D访问共享资源进程D执行完毕6.实验分析通过上述结果可以看出，同步实验中进程A和进程B按照正确的顺序执行，证明了同步机制的有效性。
互斥实验中进程C和进程D能够正确地交替访问共享资源，证明了互斥机制的有效性。
7.实验总结通过本次实验，我深刻理解了进程（线程）的同步与互斥，并通过实际操作加深了对这些概念的理解。
同步和互斥是操作系统中非常重要的概念，对于应对资源竞争和提高程序性能具有重要意义。
在实际开发中，我们应该合理使用同步和互斥机制，以确保程序的正确性和并发执行的效率。
操作系统同步和互斥
操作系统同步和互斥操作系统中的进程之间的关系只有两种：同步与互斥。
下面由店铺为大家整理了操作系统的同步和互斥的相关知识，希望对大家有帮助!操作系统同步和互斥1.进程同步进程同步也是进程之间直接的制约关系，是为完成某种任务而建立的两个或多个线程，这个线程需要在某些位置上协调他们的工作次序而等待、传递信息所产生的制约关系。
进程间的直接制约关系来源于他们之间的合作。
比如说进程A需要从缓冲区读取进程B产生的信息，当缓冲区为空时，进程B因为读取不到信息而被阻塞。
而当进程A产生信息放入缓冲区时，进程B才会被唤醒。
2.进程互斥进程互斥是进程之间的间接制约关系。
当一个进程进入临界区使用临界资源时，另一个进程必须等待。
只有当使用临界资源的进程退出临界区后，这个进程才会解除阻塞状态。
比如进程B需要访问打印机，但此时进程A占有了打印机，进程B会被阻塞，直到进程A释放了打印机资源,进程B才可以继续执行。
扩展：临界资源在操作系统中，进程是占有资源的最小单位(线程可以访问其所在进程内的所有资源，但线程本身并不占有资源或仅仅占有一点必须资源)。
但对于某些资源来说，其在同一时间只能被一个进程所占用。
这些一次只能被一个进程所占用的资源就是所谓的临界资源。
典型的临界资源比如物理上的打印机，或是存在硬盘或内存中被多个进程所共享的一些变量和数据等(如果这类资源不被看成临界资源加以保护，那么很有可能造成丢数据的问题)。
对于临界资源的访问，必须是互诉进行。
也就是当临界资源被占用时，另一个申请临界资源的进程会被阻塞，直到其所申请的临界资源被释放。
而进程内访问临界资源的代码被成为临界区。
对于临界区的访问过程分为四个部分：1.进入区:查看临界区是否可访问，如果可以访问，则转到步骤二，否则进程会被阻塞2.临界区:在临界区做操作3.退出区:清除临界区被占用的标志4.剩余区：进程与临界区不相关部分的代码临界资源使用规则：忙则等待、优先等待、空闲让进、让权等待(在临界区的进程，不能在临界区内长时间处于事件等待，必须在一定时间退出临界区)。
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）
进程同步与互斥总结
进程同步与互斥总结进程同步与互斥，这可是操作系统里超级有趣又很重要的部分呢！咱们先来说说进程同步吧。
想象一下，进程就像是一群小伙伴，大家都在做自己的事情，但是有时候呢，这些小伙伴之间需要互相配合。
比如说，一个小伙伴负责生产东西，另一个小伙伴负责把生产出来的东西拿走。
那生产的小伙伴如果生产得太快，拿走的小伙伴还没来得及拿，就会出问题啦。
这时候就需要进程同步来协调他们。
进程同步就像是一个小指挥家，告诉每个进程什么时候该做什么事情，这样大家就能有条不紊地工作了。
那进程互斥又是什么呢？这就像是小伙伴们抢一个玩具一样。
比如说，有一个资源，就像那个玩具，很多进程都想要用。
但是这个资源一次只能被一个进程使用啊。
如果两个进程同时去用这个资源，那就乱套了，就像两个小伙伴同时抢一个玩具，可能会把玩具弄坏一样。
所以进程互斥就是要保证在某个时刻，只有一个进程能够访问这个特定的资源。
在实现进程同步和互斥的时候呢，有很多方法。
比如说信号量。
信号量就像是一个小信号灯。
如果信号灯是绿的，那就表示这个资源可以被使用，进程就可以进去做自己的事情。
如果信号灯是红的，那就表示这个资源已经被占用了，其他进程就得等着。
这就像我们过马路的时候，绿灯行，红灯停一样。
还有管程。
管程就像是一个小房子，里面有一些资源和一些管理这些资源的规则。
进程要使用这些资源，就得按照管程里的规则来。
这就好比是去一个特定的地方玩，那个地方有它自己的玩法，你得遵守才能玩得开心。
进程同步和互斥在很多地方都有应用呢。
就拿打印机来说吧。
很多人都可能想要用打印机打印东西，如果没有进程同步和互斥的管理，那就可能会出现混乱的情况。
可能一个文档打印到一半，另一个文档又开始打印了，那最后打印出来的东西就完全乱了。
在多线程编程的时候，进程同步和互斥也特别重要。
如果多个线程同时对一个共享变量进行操作，那结果可能就不是我们想要的了。
比如说，一个线程在给一个变量加1，另一个线程在给这个变量减1，如果没有协调好，那这个变量的值可能就变得乱七八糟的。
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。
进程同步与互斥 总结
进程同步与互斥总结
进程同步和互斥是操作系统中非常重要的概念，它们都是为了保证多个进程能够在正确的时间顺序和正确的方式下运行。
进程同步是指多个进程之间协调执行的过程，而互斥是指多个进程之间竞争有限资源的过程。
以下是关于进程同步与互斥的一些总结：
1. 进程同步方式：
- 信号量：通过对共享资源的访问进行限制，实现多个进程之间的同步。
- 互斥锁：通过对共享资源的访问进行互斥，实现多个进程之间的同步。
- 条件变量：通过对进程状态的检查，实现多个进程之间的同步。
2. 进程互斥方式：
- 临界区：多个进程同时访问共享资源时，只允许一个进程访问。
- 互斥量：多个进程同时访问共享资源时，通过加锁和解锁来实现互斥。
- 读写锁：多个进程同时访问共享资源时，允许多个进程同时读取，但只允许一个进程写入。
3. 进程同步与互斥的优缺点：
- 信号量：优点是可以同时处理多个进程，缺点是容易出现死锁。
- 互斥锁：优点是简单易用，缺点是只能处理两个进程之间的同步。
- 条件变量：优点是可以检查进程状态，缺点是只能处理两个进
程之间的同步。
- 临界区：优点是简单易用，缺点是只能处理两个进程之间的同步。
- 互斥量：优点是可以同时处理多个进程，缺点是容易出现死锁。
- 读写锁：优点是可以允许多个进程同时读取，缺点是会出现写入延迟的问题。
综上所述，进程同步与互斥是操作系统中非常重要的概念，需要根据具体的场景选择适合的同步方式或互斥方式来保证多个进程之
间的协调执行和有限资源的竞争。
关于进程同步与互斥的说法
关于进程同步与互斥的说法进程同步与互斥，听上去可能有点高大上，实际上它们就像是咱们日常生活中那些“谁先谁后”或者“大家一起做事”的小规则，没啥复杂的，懂了之后你就会发现其实是生活中的一些基本原则。
举个简单的例子，想象你和你的室友一起做饭，你们只有一个炒锅。
如果你们俩都想着先用锅，那不乱套才怪！一个人先炒菜，另一个人只能等着，等锅空了才能上场。
这就是“进程互斥”——你和你的室友不能同时用锅，因为会搞得乱七八糟。
进程互斥就像是规则，避免两个人都在同一时间争着用锅，让事情有序进行，谁先谁后大家心里都有数。
至于“进程同步”呢？这个就有点像你们俩决定什么时候一起做饭——得同步啊！比如你们商量好十分钟后开始炒菜，结果一个人跑去先炒了，另一个人还在洗菜，这显然是不行的，得等大家都准备好了再一起动手。
同步就是确保每个人都在对的时间做对的事，不能一个提前行动，另一个还在摸鱼。
好比是你们两个在比赛做饭，一个提前跑到了终点，另一个还在路上，最后结果能不闹笑话吗？进程同步和互斥一起发挥作用。
就像是你们两个人不仅得在同一时间做饭，还得确保锅能轮着用，不发生争抢。
这就需要一个巧妙的机制。
想想看，如果你们俩都想用那口锅，而这个锅只能同时容纳一个人的话，得先定个规矩。
就比如你可以设定：每次炒菜前，谁先拿到锅，谁就能开始，其他人只能在旁边干等。
这样大家都心里有数，规矩一清二楚，大家就不容易闹出乱子了。
有了这个规则，你们还能不争抢锅吗？如果每个人都觉得自己更需要先炒，怎么办？这就引出了一个问题——谁先谁后，要公平！进程同步和互斥不仅仅是调和时间上的矛盾，还得让每个人都有机会“上场”，不至于一直在等别人。
你们两个不可能都站在锅旁边争，毕竟厨房那么小，空间有限，不是每次都能满足大家的愿望。
这里就需要“公平性”了，轮流、按次序的原则，保证每个人都能平等地参与。
你不想成为那个一直站在旁边看别人炒菜的人，对吧？所以，互斥机制就帮你把这些问题解决了，保障大家都能有公平的机会。
四种进程或线程同步互斥的控制方法
四种进程或线程同步互斥的控制方法1、临界区:通过对多线程的串行化来访问公共资源或一段代码，速度快，适合控制数据访问。
2、互斥量:为协调共同对一个共享资源的单独访问而设计的。
3、信号量:为控制一个具有有限数量用户资源而设计。
4、事件:用来通知线程有一些事件已发生，从而启动后继任务的开始。
一临界区临界区的使用在线程同步中应该算是比较简单，说它简单还是说它同后面讲到的其它方法相比更容易理解。
举个简单的例子：比如说有一个全局变量（公共资源）两个线程都会对它进行写操作和读操作，如果我们在这里不加以控制，会产生意想不到的结果。
假设线程A 正在把全局变量加1然后打印在屏幕上，但是这时切换到线程B，线程B又把全局变量加1然后又切换到线程A，这时候线程A打印的结果就不是程序想要的结果，也就产生了错误。
解决的办法就是设置一个区域，让线程A在操纵全局变量的时候进行加锁，线程B如果想操纵这个全局变量就要等待线程A释放这个锁，这个也就是临界区的概念。
二互斥体windows api中提供了一个互斥体，功能上要比临界区强大。
也许你要问，这个东东和临界区有什么区别，为什么强大？它们有以下几点不一致：1.critical section是局部对象，而mutex是核心对象。
因此像waitforsingleobject是不可以等待临界区的。
2.critical section是快速高效的，而mutex同其相比要慢很多3.critical section使用范围是单一进程中的各个线程，而mutex由于可以有一个名字，因此它是可以应用于不同的进程，当然也可以应用于同一个进程中的不同线程。
4.critical section 无法检测到是否被某一个线程释放，而mutex在某一个线程结束之后会产生一个abandoned的信息。
同时mutex只能被拥有它的线程释放。
下面举两个应用mutex 的例子，一个是程序只能运行一个实例，也就是说同一个程序如果已经运行了，就不能再运行了；另一个是关于非常经典的哲学家吃饭问题的例子。
进程同步问题总结
进程同步问题总结进程同步问题主要涉及到并发进程之间的协作和同步，以实现多进程的协同工作。
以下是进程同步问题的主要总结：1.进程同步的概念：进程同步是一种协调多个进程运行顺序的机制。
它使得进程能够在正确的时间点上，按照一定的顺序进行交互和协作。
2.进程同步的必要性：在多进程环境中，如果不同进程的执行顺序不协调，就可能导致数据不一致、竞争条件等问题。
进程同步可以解决这些问题，保证多进程环境下的正确性和可靠性。
3.进程同步的主要方法：a) 信号量（Semaphore）：信号量是一种计数器，用于控制多个进程对共享资源的访问。
信号量的值表示当前可用的共享资源数量。
通过设置信号量的初始值和使用P、V操作（或称为wait和post操作），可以实现进程的同步和互斥。
b) 互斥锁（Mutex）：互斥锁是一种同步机制，用于防止多个进程同时访问共享资源。
当一个进程获得锁时，其他进程将被阻塞，直到锁被释放。
c) 条件变量（Condition）：条件变量用于实现进程间的条件等待。
当一个进程需要等待某个条件成立时，它会使用条件变量的wait操作阻塞自己。
当另一个进程改变了条件并通知等待的进程时，被阻塞的进程将被唤醒。
d) 事件（Event）：事件是一种同步机制，用于通知其他进程某个事件已经发生。
事件通常分为信号事件和广播事件。
信号事件只通知一个进程，而广播事件通知所有等待该事件的进程。
4.死锁问题：在进程同步过程中，如果多个进程互相等待对方释放资源，就会产生死锁问题。
避免死锁的方法包括：避免循环等待、按顺序申请资源、设置超时时间等。
5.进程同步的应用：进程同步广泛应用于操作系统、并发程序设计、网络通信等领域。
例如，在操作系统中，进程同步可以用于实现进程调度、任务管理、文件系统等重要功能。
在并发程序设计中，进程同步可以用于实现多线程的协同工作、数据访问控制等功能。
在网络通信中，进程同步可以用于实现数据传输、远程过程调用等功能。
操作系统实验报告——进程同步与互斥
操作系统实验报告——进程同步与互斥一、实验内容本实验主要内容是通过编写程序来实现进程的同步与互斥。
具体来说，是通过使用信号量来实现不同进程之间的同步和互斥。
我们将编写两个进程，一个进程负责打印奇数，另一个进程负责打印偶数，两个进程交替打印，要求打印的数字从1开始，直到100结束。
二、实验原理进程的同步是指多个进程之间按照一定的顺序执行，进程之间互相等待的关系。
而进程的互斥是指多个进程竞争同一个资源，需要通过其中一种方式来避免同时访问共享资源，以免造成数据错乱。
在本实验中，我们使用信号量来实现进程的同步与互斥。
信号量是一个计数器，用于表示一些共享资源的可用数量。
进程在访问共享资源时，需要先对信号量进行操作，当信号量大于0时，表示资源可用，进程可以访问；当信号量等于0时，表示资源不可用，进程需要等待。
进程同步的实现可以通过信号量的P操作与V操作来完成。
P操作用于申请资源，当资源可用时，将计数器减一，并进入临界区；V操作用于释放资源，当资源使用完毕时，将计数器加一，使等待资源的进程能够申请。
进程互斥的实现可以通过信号量的P操作与V操作结合临界区来完成。
当多个进程需要访问共享资源时，需要先进行P操作，进入临界区，访问完毕后进行V操作，离开临界区。
三、实验步骤1.首先，我们需要创建两个进程，一个进程负责打印奇数，另一个进程负责打印偶数。
2. 然后，我们创建一个共享变量count，用来记录打印的数字。
3. 接着，我们创建两个信号量odd和even，用来控制进程的同步与互斥。
odd信号量初始值为1，表示打印奇数的进程可以访问；even信号量初始值为0，表示打印偶数的进程需要等待。
4.编写奇数打印进程的代码，首先进行P操作，判断奇数信号量是否大于0，如果大于0，表示可以打印奇数。
5. 如果可以打印奇数，将count加一，并输出当前的奇数，然后进行V操作，释放偶数打印进程的等待。
6.同样的，编写偶数打印进程的代码，首先进行P操作，判断偶数信号量是否大于0，如果大于0，表示可以打印偶数。
经典进程同步互斥问题集
【例1】有三个进程PA 、PB 和PC 协作解决文件打印问题：PA 将文件记录从磁盘读入内存的缓冲区1中，每执行一次读一个记录；PB 将缓冲区1中的内容复制到缓冲区2中，每执行一次复制一个记录；PC 将缓冲区2中的内容打印出来，每执行一次打印一个记录。
缓冲区的大小与记录大小一样。
请用信号量来保证文件的正确打印。
答：该文件打印过程的同步算法可描述如下：【例2】进程A1、A2、…An1通过m 个缓冲区向进程B1、B2、…Bn2不断地发送消息。
发送和接收工作遵循如下规则：（1）每个发送进程一次发送一个消息，写入一个缓冲区，缓冲区大小与消息长度一样。
（2）对于每一个消息，B1、B2、…Bn2都需各接收一次，读入自己的数据区内。
（3）m 个缓冲区都满时，发送进程等待；没有可读的消息时，接收进程等待。
试用wait,signal 操作描述它们的同步关系。
分析：本题是生产者－消费者问题的一个变形。
由于每个缓冲区都只写一次，但要读n2次，故我们可将每个缓冲区看成是由n2格组成的。
只有当某个缓冲区的n2格都空闲时，才允许写入，而且写一次缓冲区相当于将该缓冲区的n2格全部写一遍。
Bj 进程从缓冲中取消息时，它只取相应缓冲的第j 格。
由于每个Bj 取消息的速度不同，故需为它们分别设置指针outj ，用来指示从哪个缓冲区的第j 格中取消息。
答：我们将每个缓冲区看成是由n2格组成的，可为本题设置下列信号量：mutex,初值为1，用来实现对缓冲区的互斥访问；empty[i](i=1,…,n2)，初值均为m ，每个empty[i]对应于缓冲池的第i 格中的所有空闲缓冲区；full[i](i=1,…,n2)，初值均为0，对应缓冲池第i 格中装有消息的缓冲区。
另外还需要提供整型变量in 用来指示将消息放入哪个缓冲区，outj(j=1,…,n2)用来指示Bj 从哪个缓冲区中取消息，这些变量的初值均为0。
Ai,Bj 的算法描述如下：【例3】设有两个生产者进程A 、B 和一个销售进程C ，他们共享一个无限大的仓库，生产者每次循环生产一个产品，然后入库供销售者销售；销售者每次循环从仓库中取出一个产品进行销售。
进程同步问题总结
进程同步问题总结进程同步是计算机科学中一个重要的概念，用于解决多个进程共享资源时可能出现的数据竞争和不一致性的问题。
在并发编程中，正确的进程同步机制对于保证系统的正确性和可靠性至关重要。
本文将总结常见的进程同步问题及其解决方案。
1. 互斥问题：当多个进程共享一个临界资源时，可能会发生互斥问题。
如果一个进程占用了临界资源，其他进程就无法使用该资源，导致资源的浪费和性能下降。
解决方案：（1）锁机制：通过使用锁（如互斥锁、自旋锁、读写锁）来保护临界资源。
一旦某个进程获得了锁，其他进程就需要等待，直到锁被释放。
（2）信号量：通过使用信号量来管理对临界资源的访问。
信号量可以用来限制同时访问资源的进程数量。
2. 死锁问题：当多个进程相互等待其他进程释放资源时，可能会发生死锁问题。
即使每个进程都只需要一个资源，但由于资源的分配不当，导致进程无法继续执行。
解决方案：（1）避免循环等待：对于进程需要的资源排序，使得每个进程按照同一种顺序请求资源，从而避免进程之间出现循环等待的情况。
（2）资源预分配：进程在开始执行之前，请求所有需要的资源。
这样可以避免在执行过程中发生资源竞争导致死锁。
（3）超时机制：设定一个等待时间，如果在该时间内没有获得所需资源，就主动释放已获得的资源，并重新开始执行。
3. 竞争条件问题：当多个进程同时竞争访问共享资源时，可能会出现竞争条件问题。
竞争条件指的是多个进程之间的执行顺序会影响最终的结果。
解决方案：（1）原子操作：通过原子操作来确保对共享资源的访问是原子性的，不可中断的。
例如使用原子锁或原子变量等。
（2）同步工具：使用同步工具，如条件变量、屏障等来协调多个进程的执行顺序，以避免竞争条件的出现。
（3）尽量避免共享数据：如果可能的话，尽量避免多个进程之间共享数据，减少竞争条件的发生。
4. 内存一致性问题：在分布式系统中，不同节点的内存可能存在一致性问题。
当一个进程修改了自己所在节点的内存，并且其他节点也有相应的副本时，就可能会出现读取到不一致数据的问题。
进程同步问题总结报告
进程同步问题总结报告一、问题描述进程同步是操作系统中一个重要的问题，它涉及到多个进程在共享资源时如何正确地访问和操作。
在多进程环境中，如果没有正确的同步机制，会导致诸如竞态条件、死锁等问题。
本报告主要探讨进程同步问题及其解决方案。
二、问题分析1. 竞态条件：当多个进程同时访问共享资源，并且至少有一个进程的操作结果被其他进程的操作所覆盖，就会产生竞态条件。
竞态条件可能会导致数据不一致、系统状态不确定等问题。
2. 死锁：死锁是指两个或多个进程在等待对方释放资源，导致系统无法继续执行的情况。
死锁通常是由于资源分配不当、进程请求资源的顺序不一致等原因造成的。
三、解决方案1. 互斥锁（Mutex）：互斥锁是一种最基本的同步机制，它允许一个进程在一段时间内独占共享资源。
当一个进程获得互斥锁后，其他进程就不能再获取锁，直到原进程释放锁。
这样可以避免竞态条件。
2. 信号量（Semaphore）：信号量是一个计数器，用于控制对共享资源的访问次数。
信号量的值表示当前可用的共享资源数量。
通过调整信号量的值，可以控制进程对共享资源的访问。
3. 条件变量（Condition Variable）：条件变量用于进程间的通信，一个进程可以在条件变量上等待，直到另一个进程通过通知操作唤醒它。
条件变量常与互斥锁、信号量等机制结合使用。
4. 读写锁（Read-Write Lock）：读写锁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。
这可以提高并发性能，特别适用于读操作远多于写操作的情况。
5. 栅栏（Barrier）：栅栏是一种同步机制，用于确保多个进程在访问共享资源前都达到某一位置。
栅栏类似于一个检查点，所有进程在到达栅栏前都必须等待，直到所有进程都到达栅栏才继续执行。
四、实验结果我们通过实验验证了这些同步机制的正确性和有效性。
实验中，我们设计了一些多进程程序，模拟了竞态条件和死锁情况，然后使用上述同步机制来解决这些问题。
进程间的互斥和同步问题(一)
进程间的互斥和同步问题(一)进程间的互斥和同步问题在多进程编程中，进程间的互斥和同步问题是一个重要的概念。
下面列举了相关的问题，并对其进行解释说明。
1. 互斥问题•定义：互斥指的是多个进程或线程对同一共享资源的访问是否有序的问题。
•问题描述：当多个进程同时竞争一个共享资源时，可能会出现资源竞争和数据不一致的情况。
•解决方案：使用互斥锁（Mutex）来实现对共享资源的互斥访问，保证每一次只有一个进程或线程能够访问该资源。
2. 同步问题•定义：同步指的是多个进程或线程之间如何进行有序的合作和协调。
•问题描述：当多个进程之间存在依赖关系，需要按照特定的顺序执行时，可能会出现数据不一致或死锁的情况。
•解决方案：使用同步机制（如信号量、条件变量等）来实现进程间的同步，保证各个进程按照特定的顺序执行。
3. 死锁问题•定义：死锁是指在多进程或多线程系统中，彼此因争夺资源而陷入无限等待的状态。
•问题描述：当多个进程互相持有对方所需的资源并等待对方释放资源时，可能会导致死锁的发生。
•解决方案：通过合理的资源分配和调度策略，避免进程之间出现相互依赖的情况，从而避免死锁的发生。
4. 临界区问题•定义：临界区是指在多进程或多线程环境中访问共享资源的一段代码区域。
•问题描述：当多个进程同时访问临界区时，可能会出现数据不一致或竞态条件的问题。
•解决方案：使用互斥锁或其他同步机制来保护临界区的访问，只有获得锁的进程才能够执行临界区的代码，其他进程必须等待。
5. 进程间通信问题•定义：进程间通信（IPC，Inter-Process Communication）指的是实现不同进程之间的信息交换和数据传输。
•问题描述：当多个进程之间需要共享数据或进行协作时，需要有效的通信机制来实现数据的传递。
•解决方案：使用各种IPC机制（如管道、消息队列、共享内存等）来实现进程间的通信，保证数据的正确传输和共享。
综上所述，进程间的互斥和同步问题是多进程编程中不可忽视的重要问题，通过合理的设计和使用适当的同步机制，可以有效解决这些问题，提高程序的并发性和可靠性。
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进程同步与互斥进程的PV操作在操作系统中，P、V操作是进程管理中的难点。
这是1968年荷兰人Dijkstra 给出的一种解决并发进程间互斥和同步关系的通用方法。
1. P、V操作的意义定义了信号量及其上的P操作和V操作，来实现并发进程间的同步和互斥，甚至可以用来管理资源的分配。
P、V操作因交换的信息量少，属于进程的低级通信。
2. 什么是信号量？信号量（semaphore）是由一个值和一个指针构成的数据结构。
值为整型变量，表示信息量的值；指针指向进程控制块（PCB）队列的队头，表示等待该信号量的下一个进程。
如下图所示。
信号量的一般结构及PCB队列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，信号量的初值不能为负，且其值只能由P、V操作来改变。
3. P、V操作的含义P、V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S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S≥0，则该进程继续执行；否则该进程状态置为阻塞状态，进程PCB 排入信号量PCB队列末尾，放弃CPU，等待V操作的执行。
V（S）：①将信号量S的值加1，即S=S+1；②如果S≤0，释放信号量队列中第一个PCB所对应的进程，将进程状态由阻塞态改为就绪态。
执行V操作的进程继续执行。
一般来说，信号量S≥0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，因此要唤醒一个阻塞状态的进程，使之成为就绪状态。
4. 利用信号量和P、V操作实现进程互斥一般地，n个进程利用信号量和P、V操作实现进程互斥的一般模型如下：进程P1进程P2……进程Pn…… …… ……P（S）； P（S）； P（S）；临界区；临界区；临界区；V（S）； V（S）； V（S）；…… …… …… ……其中S是互斥信号量，初值为1。
使用P、V操作实现进程互斥时应该注意的问题是：（1）每个程序中，用户实现互斥的P、V操作必须成对出现，先做P操作，进临界区，后做V操作，出临界区。
若有多个分支，要认真检查P、V操作的成对性。
（2）P、V操作应分别紧靠临界区的头尾部，临界区的代码应尽可能短，不能有死循环。
（3）互斥信号量的初值一般为1。
由于用于互斥的信号量sem与所有的并发进程有关，所以称之为公有信号量。
公有信号量的值反映了公有资源的数量。
只要把临界区置于P(sem)和V(sem)之间，即可实现进程间的互斥。
就象火车中的每节车厢只有一个卫生间，该车厢的所有旅客共享这个公有资源：卫生间，所以旅客间必须互斥进入卫生间，只要把卫生间放在P(sem)和V(sem)之间，就可以到达互斥的效果。
以下例子说明进程的互斥实现。
例1生产围棋的工人不小心把相等数量的黑子和白子混装载一个箱子里，现要用自动分拣系统把黑子和白子分开，该系统由两个并发执行的进程组成，功能如下：（1）进程A专门拣黑子，进程B专门拣白子；（2）每个进程每次只拣一个子，当一个进程在拣子时不允许另一个进程去拣子；分析：第一步：确定进程间的关系。
由功能（2）可知进程之间是互斥的关系。
第二步：确定信号量及其值。
由于进程A和进程B要互斥进入箱子去拣棋子，箱子是两个进程的公有资源，所以设置一个信号量s，其值取决于公有资源的数目，由于箱子只有一个，s的初值就设为1。
实现：begins:semaphore;s:=1;cobeginprocess AbeginL1: P(s);拣黑子；V(s);goto L1;end;process BbeginL2:P(s);拣白子；V(s);goto L2;end;coend;end;判断进程间是否互斥，关键是看进程间是否共享某一公有资源，一个公有资源与一个信号量相对应。
确定信号量的值是一个关键点，它代表了可用资源实体数。
如下实例：例2某车站售票厅，任何时刻最多可容纳20名购票者进入，当售票厅中少于20名购票者时，厅外的购票者可立即进入，否则需要在外面等待。
每个购票者可看成一个进程。
分析：第一步：确定进程间的关系。
售票厅是各进程共享的公有资源，当售票厅中多于20名购票者时，厅外的购票者需要在外面等待。
所以进程间是互斥的关系。
第二步：确定信号量及其值。
只有一个公有资源：售票厅，所以设置一个信号量s。
售票厅最多容纳20个进程，即可用资源实体数为20，s的初值就设为20。
实现：begins:semaphore;s:=20;cobeginprocess PI(I=1,2,……)begin P(s);进入售票厅；购票；退出；V(s);end;coend当购票者进入售票厅前要执行P(s)操作，执行后若s大于或等于零，说明售票厅的人数还未满可进入。
执行后若s小于零，则说明售票厅的人数已满不能进入。
这个实现中同时最多允许20个进程进入售票厅购票，其余进程只能等待。
5. 利用信号量和P、V操作实现进程同步P、V操作是典型的进程同步机制之一。
用一个信号量与一个消息联系起来，当信号量的值为0时，表示期望的消息尚未产生；当信号量的值为非0时，表示期望的消息已经存在。
用P、V操作实现进程同步时，调用P操作测试消息是否到达，调用V操作来发送消息。
使用P、V操作实现进程同步时应该注意的问题是：（1）分析进程间的制约关系，确定信号量种类。
在保持进程间有正确的同步关系情况下，哪个进程应先执行，哪些进程后执行，彼此间通过什么信号量进行协调，从而明确要设置哪些信号量。
（2）信号量的初值与相应资源的数量有关，也与P、V操作在程序代码中出现的位置有关。
（3）同一信号量的P、V操作要成对出现，但它们分别在不同的进程代码中。
与进程互斥不同，进程同步时的信号量只与制约进程及被制约进程有关而不是与整组并发进程有关，所以称该信号量为私有信号量。
利用PV原语实现进程同步的方法是：首先判断进程间的关系为同步的，且为各并发进程设置私有信号量，然后为私有信号量赋初值，最后利用PV原语和私有信号量规定各进程的执行顺序。
下面我们将例1增添一个条件，使其成为进程间是同步的。
例3在例1的基础之上再添加一个功能：（3）当一个进程拣了一个棋子（黑子或白子）以后，必让另一个进程拣一个棋子（黑子或白子）。
分析：第一步：确定进程间的关系。
由功能（1）（2）（3）可知，进程间的关系为同步关系。
第二步：确定信号量及其值。
进程A和B共享箱子这个公有资源，但规定两个进程必须轮流去取不同色的棋子，因而相互间要互通消息。
对于进程A 可设置一个私有信号量s1，该私有信号量用于判断进程A是否能去拣黑子，初值为1。
对于进程B同样设置一个私有信号量s2，该私有信号量用于判断进程B 是否能去拣白子，初值为0。
当然你也可以设置s1初值为0，s2初值为1。
实现:begins1,s2:semaphore;s1:=1;s2:=0;cobeginprocess AbeginL1: P(s1);拣黑子；V(s2);goto L1;end;process BbeginL2:P(s2);拣白子；V(s1);goto L2;end;coend;end;另外一个问题就是P原语是不是一定在V原语的前面？回答是否定的。
下面看一个例子。
例4设在公共汽车上，司机和售票员的活动分别是：司机：启动车辆，正常行车，到站停车。
售票员：上乘客，关车门，售票，开车门，下乘客。
用PV操作对其控制。
分析：第一步：确定进程间的关系。
司机到站停车后，售票员方可工作。
同样，售票员关车门后，司机才能工作。
所以司机与售票员之间是一种同步关系。
第二步：确定信号量及其值。
由于司机与售票员之间要互通消息，司机进程设置一个私有信号量run，用于判断司机能否进行工作，初值为0。
售票员进程设置一个私有信号量stop，用于判断是否停车，售票员是否能够开车门，初值为0。
实现：begin stop ,run:semaphorestop:=0;run:=0;cobegindriver: begin消费者进程 while(True){ P(full); 从Buffer 取出一个产品; V(empty); 消费该产品; } L1: P(run);启动车辆；正常行车；到站停车；V(stop);goto L1;end;conductor:beginL2:上乘客；关车门；V(run);售票；P(stop);开车门；下乘客；goto L2;end;coend;end;用PV 操作还可以实现进程同步与互斥的混合问题，典型的如：多个生产者和多个消费者共享容量为n 的缓存区。
这个例子在很多书中都有介绍，在这里就不说了。
6. P 、V 操作举例【例1】生产者-消费者问题在多道程序环境下，进程同步是一个十分重要又令人感兴趣的问题，而生产者-消费者问题是其中一个有代表性的进程同步问题。
下面我们给出了各种情况下的生产者-消费者问题，深入地分析和透彻地理解这个例子，对于全面解决操作系统内的同步、互斥问题将有很大帮助。
（1）一个生产者，一个消费者，公用一个缓冲区（Buffer ）。
定义两个同步信号量：empty ——表示缓冲区是否为空，初值为1。
full ——表示缓冲区中是否为满，初值为0。
生产者进程while(TRUE){生产一个产品;P(empty);产品送往Buffer;V(full);}（2）一个生产者，一个消费者，公用n 个环形缓冲区。
缓冲区 消费者 生产者消费者进程 while(TRUE){ P(full); 从buffer （out ）中取出产品； out=(out+1) mod n ； V(empty); 消费该产品; } 消费者进程 while(TRUE){ P(full); P(mutex2)； 从buffer （out ）中取出产品； out=(out+1) mod n ； V （mutex2）； V(empty); 消费该产品; }定义两个同步信号量：empty ——表示缓冲区是否为空，初值为n 。
full ——表示缓冲区中是否为满，初值为0。
设缓冲区的编号为1～n -1，定义两个指针in 和out ，分别是生产者进程和消费者进程使用的指针，指向下一个可用的缓冲区。
生产者进程 while(TRUE){ 生产一个产品;P(empty);产品送往buffer （in ）； in=(in+1) mod n ；V(full); } （3）一组生产者，一组消费者，公用n个环形缓冲区 在这个问题中，不仅生产者与消费者之间要同步，而且各个生产者之间、各个消费者之间还必须互斥地访问缓冲区。