同步与互斥实现方法
互斥与同步
互斥与同步互斥与同步是计算机科学中两个重要的概念，它们是多线程编程中必须掌握的知识点。
本文将介绍互斥与同步的概念、原理、实现方式以及应用场景。
一、互斥1.1 概念互斥是指在多线程并发执行时，对于共享资源的访问需要保证线程之间的排他性，即在任意时刻只有一个线程能够访问共享资源。
1.2 原理互斥的实现基于锁机制，即在访问共享资源前获取锁，在使用完毕后释放锁。
这样可以保证在任意时刻只有一个线程能够获得锁，从而避免了多个线程同时访问共享资源造成的数据竞争问题。
1.3 实现方式常见的实现方式包括：（1）临界区：将对共享资源的访问限制在一个代码块内，在进入临界区前获取锁，在离开临界区后释放锁。
（2）信号量：通过计数器来控制同时进入临界区的线程数量，当计数器为0时表示当前没有进入临界区的线程，当计数器大于0时表示当前有进入临界区的线程。
（3）互斥量：是一种特殊的信号量，只能被一个线程获取，其他线程需要等待该线程释放互斥量后才能获取。
1.4 应用场景互斥常用于对共享资源的访问控制，例如多个线程同时访问同一个文件、数据库或网络连接等。
二、同步2.1 概念同步是指在多线程并发执行时，保证线程之间的协调和顺序性，使得程序按照预期的顺序执行。
2.2 原理同步的实现基于信号机制，即在某个条件满足时通知其他线程进行操作。
例如，在生产者-消费者模型中，当生产者生产了数据后需要通知消费者进行消费。
2.3 实现方式常见的实现方式包括：（1）条件变量：通过等待和唤醒操作来实现对某个条件的等待和通知。
（2）事件对象：是一种特殊的条件变量，可以通过事件对象来设置和清除事件状态，并在事件状态发生改变时通知其他线程进行操作。
（3）屏障：是一种同步原语，在多个线程到达屏障点时会被阻塞，直到所有线程都到达后才会继续执行。
2.4 应用场景同步常用于对线程之间的协调和顺序性控制，例如在多个线程之间进行任务分配、消息传递等。
三、互斥与同步的关系互斥和同步是两个相互依存的概念。
利用信号量和PV操作实现进程互斥和同步问题
临界区； 临界区； 临界区；
V（S）； V（S）； V（S）；
…… …… …… ……
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。
PV操作的意义：我们用信号量及PV操作来实现进程的同步和互斥。PV操作属于进程的低级通信。
什么是信号量？信号量（semaphore）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。
在计算机操作系统中，PV操作是进程管理中的难点。
首先应弄清PV操作的含义：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；
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②如果S>=0，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。
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，因此要唤醒一个等待状态的进程，使之运行下去。
其中信号量S用于互斥，初值为1。
使用PV操作实现进程互斥时应该注意的是：
（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，要认真检查其成对性。
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
进程之间同步和互斥是操作系统中常见的概念，它们之间有一定的区别和联系。
同步是指多个进程之间的协调，以便它们能够有序地执行。
同步的目的是保证数据的一致性，避免出现数据竞争的情况。
同步可通过共享变量、信号量等方式实现，实现同步的方法包括互斥、条件变量等。
互斥是一种同步机制，用于保护共享资源，防止多个进程同时访问同一资源。
互斥的实现通常是通过临界区实现的，即对于一段代码，只允许一个进程访问，其他进程需要等待。
互斥能够避免多个进程同时写入共享资源，保证了数据的正确性。
同步和互斥的联系在于它们都是为了保证多个进程之间的协调
和数据的正确性。
同步和互斥都是通过对共享资源进行限制来实现的，区别在于同步是为了保证进程的顺序执行，而互斥是为了保证共享资源的安全性。
总的来说，同步和互斥都是操作系统中非常重要的概念，它们的合理运用可以提高操作系统的性能和稳定性。
- 1 -。
互斥与同步
互斥与同步介绍互斥与同步是计算机科学中重要的概念，用于解决多任务并发执行时可能出现的数据竞争和资源冲突问题。
互斥指的是一段代码或一段逻辑在同一时间只能由一个线程或进程访问，而同步则是指多个线程或进程之间按照一定顺序进行协调和通信。
在多线程或多进程环境中，互斥与同步是必不可少的。
正确的使用互斥和同步机制可以保证程序的正确性和可靠性，同时提高系统的性能和资源利用率。
本文将详细探讨互斥与同步的概念、实现方法以及在不同场景下的应用。
互斥概念互斥的定义互斥是指多个并发执行的线程在访问共享资源时遵循一种规则，以防止彼此产生冲突。
互斥机制通常使用互斥量或锁来实现，通过对共享资源进行加锁和解锁操作，确保每一时刻只有一个线程可以访问该资源。
互斥的目的互斥的目的是保护共享资源，避免数据竞争和资源冲突。
当多个线程同时对共享资源进行读写时，如果没有互斥机制的保护，可能会导致数据不一致或错误的结果。
互斥的实现方式互斥可以通过互斥量、信号量和自旋锁等方式来实现。
互斥量互斥量是一种计数信号量，其内部维护一个资源和一个等待队列。
当一个线程请求互斥量时，如果资源没有被占用，则线程可以获得互斥量并将其标记为占用状态；如果资源已经被占用，则线程将被阻塞，加入到等待队列中，直到资源被释放。
信号量是一种标识资源可用数量的计数器。
当一个线程请求信号量时，如果计数器大于零，则线程可以继续执行；如果计数器等于零，则线程将被阻塞，直到计数器大于零。
自旋锁自旋锁是一种忙等待的锁机制，它不会使线程阻塞，而是通过循环不断地尝试获取锁。
自旋锁适用于锁定时间短、竞争激烈的情况，避免了线程切换的开销。
同步概念同步的定义同步是指多个线程或进程之间按照一定的顺序进行协调和通信，以共同完成任务。
同步机制可以保证多个线程或进程的操作按照一定的规则和顺序执行，避免产生不一致或错误的结果。
同步的目的同步的目的是保证程序的正确性和可靠性。
当多个线程或进程同时执行时，如果没有同步机制的控制，可能会导致竞争条件和数据不一致。
进程同步和互斥的方法
进程同步和互斥的方法我折腾了好久进程同步和互斥的方法，总算找到点门道。
我一开始真是瞎摸索，就知道进程同步和互斥很重要，也看了些书上的理论，但实际一操作就抓瞎。
先说互斥吧。
我试过那种设置互斥锁的方法。
就好比啊，在一个房间里只有一把钥匙（互斥锁），几个进程就像是好几个人想进这个房间办事。
谁拿到钥匙谁就能进房间，别人就得在外面等着。
最开始我老是忘记在进程用完资源后释放锁，就像那个人办完事了却把钥匙揣兜里走了，后面的人就再也进不去房间了，导致其他进程一直处于等待状态，整个程序就好像卡住了一样。
后来才明白这个释放互斥锁是相当重要的步骤。
还有信号量的方法。
这就像是在电影院售票，要是没票了（信号量的值为0），那想进电影院看电影的进程（人）就只能等着。
在实现进程互斥的时候，信号量的值就设为1，只有一个进程能进入临界区，和互斥锁有点相似的作用。
不过这个操作起来也需要小心，我之前设置信号量的值就设置错了，把初始值设置得过大或者过小，导致不该进去临界区的进程进去了，造成了混乱。
当时可真是让人头疼。
进程同步呢，我也有些经验。
比如说有生产者- 消费者模型的同步。
生产者就像是面包师傅做面包，消费者是买面包的人。
面包店有个仓库（缓冲区）。
要是仓库满了，面包师傅得停下来，这时候就得靠同步机制了。
我使用消息队列来实现这个同步。
生产者把生产好的东西（面包）放入消息队列，当消息队列满了，生产者就暂停生产。
消费者从消息队列里面取东西，要是队列空了，消费者就等待。
虽然这个思路是对的，但在实际编程中，我对消息队列的操作函数不太熟练，老是写错参数之类的。
所以啊，我给大家一些建议，不管用哪种方法实现进程同步和互斥，首先得彻底理解原理，就像盖房子打地基一样重要。
还有就是多做实验，在测试过程中你会发现很多莫名其妙的问题，但正是解决这些问题才能真正掌握这些方法。
另外，写代码的时候千万别着急，一点一点来，不然就容易出现我之前犯过的那些错误。
关于进程同步和互斥还有好多其他的实现方式，我现在也还在学习研究。
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。
同步与互斥实现方法
同步与互斥实现方法同步与互斥是并发编程中重要的概念，用于解决多个线程访问共享资源的问题。
同步是指多个线程按照一定的顺序执行，以避免产生竞争条件和数据不一致的问题；而互斥是指多个线程不能同时访问一些共享资源，而需要按照一定的顺序进行访问。
下面将介绍几种常见的同步与互斥实现方法。
1. 互斥锁（Mutex）互斥锁是最常见和最基本的同步与互斥机制。
互斥锁提供了两个操作，即上锁（lock）和解锁（unlock）。
一个线程在执行临界区代码时会上锁，其他线程在发现互斥锁已经被锁定时，则需要等待。
直到执行完临界区代码后，线程解锁，其他线程才能继续执行。
互斥锁的实现可以是通过硬件原子指令或通过操作系统的系统调用进行。
2. 信号量（Semaphore）信号量是另一种常见的同步与互斥机制。
信号量有一个计数器，用来表示资源的可用数量。
一个线程在访问共享资源之前需要申请信号量，如果信号量的计数器大于零，说明资源可用，线程可以继续执行；如果计数器等于零，说明资源不可用，线程需要等待。
当线程使用完共享资源后，需要释放信号量，使得其他线程可以继续申请资源。
3. 读写锁（ReadWrite Lock）读写锁是用于读写操作频繁且对数据一致性要求较高的情况下，提高并发性能的一种同步与互斥机制。
读写锁分为两种锁，即读锁和写锁。
多个线程可以同时持有读锁来读取共享资源，但是只有一个线程可以持有写锁进行写操作。
当存在写锁时，其他线程无法获得读锁或写锁。
4. 条件变量（Condition Variable）条件变量用于等待一些条件的成立或通知一些条件的变化。
线程可以通过条件变量等待一些条件的成立，当条件成立时，线程被唤醒并继续执行。
条件变量通常与互斥锁一起使用，以保证在等待条件时不会产生竞态条件。
5. 屏障（Barrier）屏障用于将一个线程组分成多个阶段，并在每个阶段结束时进行同步。
当每个线程到达屏障时，会被阻塞直到所有线程到达，然后同时开始下一个阶段的执行。
同步与互斥实现方法
同步与互斥实现方法一、同步与互斥的概念同步是指多个线程或进程之间按照一定的顺序执行，以达到其中一种约定或要求。
在同步的过程中，程序等待其他线程或进程完成一些操作后再继续执行。
互斥是指多个线程或进程之间访问共享资源时，要互相排斥，避免冲突和竞争。
互斥的目的是保证多个线程或进程对共享资源的操作是互斥的，即同一时刻只有一个线程或进程可以访问共享资源。
二、实现同步的方法1. 互斥锁（Mutex）互斥锁是一种最常用的同步机制，通过对一些代码块或函数的访问加上互斥锁的操作，可以保证只有一个线程能够执行该代码块或函数。
当一些线程获得互斥锁时，其他线程在获得该锁之前会被阻塞。
2. 信号量（Semaphore）信号量是一种更为复杂的同步机制，用于实现一些资源的访问控制。
一个信号量有一个整型值和两个原子操作：P和V。
P操作（也称为wait或down）会使信号量的值减1，如果值小于0，当前线程或进程就会被阻塞。
V操作（也称为signal或up）会使信号量的值加1，如果值小于等于0，就会唤醒等待的线程或进程。
信号量可以用于解决生产者-消费者问题、读者-写者问题等并发编程中的资源竞争问题。
3. 条件变量（Condition Variable）条件变量是一种同步机制，用于在多个线程或进程之间同步共享资源的状态。
条件变量对应一个条件，并提供了等待和通知的机制。
等待操作可以使一个线程或进程等待一些条件成立，直到其他线程或进程通知条件变量，使得等待的线程或进程被唤醒。
通知操作可以使等待中的线程或进程被唤醒，继续执行。
条件变量常和互斥锁一起使用，互斥锁用于保护共享资源，条件变量用于同步共享资源的状态。
三、实现互斥的方法1. Peterson算法Peterson算法是一种经典的软件方法，用于解决两个进程之间的互斥访问问题。
该算法使用了两个布尔型变量flag和turn，通过交替使用这两个变量，实现了两个进程之间的互斥。
2. 印章（Semaphores）信号量也可以用于实现互斥操作。
C++Builder线程的互斥与同步
C++Builder线程的互斥与同步
互斥控制是为了避免⼀个线程在使⽤某⼀个对象或全局变量与其他线程发⽣冲突。
实现线程互斥的⽅法有：
（1）访问代码委托给VCL主线程执⾏。
在线程中若要调⽤可视化的⽅法或访问其属性，可将执⾏代码委托给VCL主线程执⾏，否则会发⽣并发访问冲突。
委托的⽅法是先将使⽤可视化组件的代码单独编成⼀个函数，函数原型是void 函数名（void），然后电泳TThread类的成员函数Synchronize（函数名）来调⽤它，VCL主线程顺序执⾏所有组建对该组建的访问（包括响应⼈机界⾯事件、windows系统事件等），从⽽不会发⽣冲突。
（2）使⽤对象锁。
有些VCL类提供对象锁，可以使⽤对象的LOCK与UNLOCK⽅法进⾏加锁与解锁。
当访问这些对象时，可调⽤LOCK⽅法锁住对象，然后访问该对象，访问完毕后调⽤对象的UNLOCK⽅法释放该对象。
（3）使⽤临界区对象。
若要访问⼀个全局变量，则可设置⼀个临界区对象（TCritical Section）来实现互斥，该对象有Acquire与Release两个⽅法。
Acquire⽅法阻塞其他线程，执⾏临界区代码，⽽Release⽅法释放等待进⼊临界区的线程。
例如：设Q为全局变量，Crit1为临界区对象，在访问Q进⼊临界区时须执⾏Crit1.Acquire（），访问后退出临界区时须执⾏Crit1.Release（）。
ps:实际应⽤中第⼆种⽅法会提⽰LOCK和UNLOCK函数没有定义。
第三种⽅法⾏得通，推荐使⽤。
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。
进程同步与互斥的实现
进程同步与互斥的实现进程同步和互斥是操作系统中的重要概念，用于确保多个进程之间的有序执行和资源的互斥访问。
本文将介绍进程同步和互斥的概念，并探讨它们的实现方法。
一、进程同步和互斥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进行，以达到预期的结果。
进程互斥是指多个进程对共享资源的访问是互斥的，即同一时间只能有一个进程访问共享资源。
在多进程环境下，进程之间的相互影响是非常复杂的。
如果多个进程同时访问共享资源，可能会导致数据不一致或者产生竞争条件。
因此，需要采用同步和互斥的机制来确保进程的有序执行和资源的安全访问。
二、进程同步的实现1. 信号量信号量是一种常用的进程同步机制，它可以用来实现进程之间的同步和互斥。
信号量可以是一个整型变量，用来记录某个资源的可用数量。
在进程中，可以通过P操作和V操作来对信号量进行操作。
P操作（等待操作）会使信号量的值减1，如果信号量的值小于0，则阻塞当前进程；V操作（发送操作）会使信号量的值加1，如果有被阻塞的进程，则唤醒其中一个进程。
通过合理地使用信号量，可以实现进程之间的同步和互斥，确保它们按照预定的顺序执行。
2. 互斥锁互斥锁是一种用于保护共享资源的机制，它可以确保同一时间只有一个进程可以访问共享资源。
互斥锁有两个状态：锁定和非锁定。
在进程中，如果一个进程想要访问共享资源，它首先要尝试获取互斥锁。
如果互斥锁处于锁定状态，那么该进程就会进入阻塞状态，直到互斥锁被释放。
如果互斥锁处于非锁定状态，那么该进程就可以获取互斥锁，并开始访问共享资源。
通过合理地使用互斥锁，可以避免多个进程同时访问共享资源，从而保证数据的一致性和正确性。
三、进程互斥的实现1. 临界区临界区是一段代码，多个进程在执行该段代码时需要互斥访问。
在进入临界区之前，进程需要获取互斥锁；在离开临界区之后，进程需要释放互斥锁。
通过合理地设计临界区，可以确保多个进程不会同时访问共享资源，从而避免数据的冲突和竞争条件。
互斥与同步的解决方法
互斥与同步的解决方法=硬件方法---采用软件方法实现进程互斥使用临界资源是很困难的，他们通常能实现两个进程的互斥，很难控制多个进程的互斥。
---算法设计需要非常小心，否则可能出现死锁，或互斥失败等严重问题。
---软件方法始终不能解决忙等现象，降低系统效率，---硬件发放包括屏蔽中断和专用机器指令。
+屏蔽中断---由于进程切换需要依赖中断来实现，如果屏蔽中断则不会出现进程切换。
---因此，为了实现对临界资源的互斥使用，可以在进程进入临界区之前，屏蔽中断，当进程退出临界区时，打开系统中断。
---中断被屏蔽以后，系统时钟中断也被屏蔽。
处理机将不会被切换到其它进程。
---于是，一旦屏蔽中断，进程就可以检查和修改共享内存区中的数据，而不必担心其他进程介入，其伪代码如下：Repeat＜屏蔽中断＞；＜临界区＞；＜打开中断＞；＜其余部分＞；Forever。
---这种方法约束条件太强，付出的代价太大。
---因为中断被屏蔽以后，系统将无法响应任何外部请求，也不会响应当前执行进程的任何异常及系统故障，严重的降低了处理机性能。
---这种方法仅对单处理机系统有效，如果系统有两个或多个共享内存的处理机，屏蔽中断仅仅对执行本指令的处理机有效，其他处理机仍将继续运行，并可以访问共享内存空间。
=专用机器指令---利用一些专用机器指令也能实现互斥，机器指令在一个指令周期内执行，不会受到其他指令的干扰，也不会被中断。
---Test and Set指令就是较长用的一种机器指令，其定义如下：·testset指令Function testset(var i:integer):Boolean;BeginIf i =0 thenBegini:=1;testset:=true;endelse testest:=false;end.Program mutualexclusion;Constn n=…;/*进程数*/Var bolt:integer;Procedure P(i:integer);BeginRepeatRepeat {nothing}until testset(bolt);＜临界区＞；Bolt:=0;＜其余部分＞ForeverEnd;Begin/*主程序*/Bolt:=0;parbegainP(1);P(2);…P(n)ParendEnd.·exchange指令Procedure exchange（var r:register;var m:memory）;Var temp;BeginTemp:=mm:=r;r:=temp;end.Program mutualexclusion;Constn n=…;/*进程数*/Var bolt:integer;Procedure P(i:integer);Var key:integer;BeginRepeatKey:=1Repeat exchange(key,bolt)until key=0;＜临界区＞；exchange(key,bolt);＜其余部分＞ForeverEnd;Begin/*主程序*/Bolt:=0;parbegainP(1);P(2);…P(n)ParendEnd.+机器指令优点---非常简单，易于证明；---同时适用于单处理机系统和共享内存的多处理机系统中多个进程互斥；---可以分别为临界区设置属于他自己的变量，以实现对多个临界区的互斥访问。
用P,V操作实现进程的同步与互斥
用P，V操作实现进程的同步与互斥摘要：进程的同步与互斥是操作系统中的重要问题。
通过P，V操作可以实现进程的同步与互斥。
本论文从P，V操作的原理入手，详细介绍了P，V操作在进程中的应用，以及它们对进程同步和互斥的作用。
通过本文的阐述，读者可以深入理解操作系统中P，V操作的实现原理及其在进程中的应用。
关键词：P，V操作；进程同步；进程互斥正文：1.引言进程的同步与互斥是操作系统中的重要问题。
同步是指在多进程环境下，控制进程之间相互合作的过程，互斥则是指在同一时间，只允许一个进程访问共享资源的过程。
为了实现进程的同步与互斥，操作系统中通常使用P，V操作。
2.P，V操作原理P，V操作是一种原子操作，它们可以保证在多进程环境下的资源访问的同步和互斥。
P操作用于请求共享资源，如果资源已被其他进程占用，那么当前进程就会被阻塞，等待资源释放；V操作用于释放共享资源，如果有其他进程正在等待该资源，那么就会唤醒其中一个进程继续执行。
3.P，V操作在进程中的应用在进程中，P，V操作主要用于实现进程之间的同步与互斥。
在同步方面，可以通过P操作等待其他进程执行完毕才继续执行；在互斥方面，可以通过P操作占用共享资源，在使用完毕后通过V操作释放资源。
4.P，V操作对进程同步和互斥的作用P，V操作对进程同步和互斥的作用十分重要。
在同步方面，P操作可以协调多个进程的执行顺序，使得它们按照一定的规则执行；在互斥方面，P操作可以保证同一时间只有一个进程占用共享资源，有效避免了资源冲突问题。
5.总结通过P，V操作可以实现进程的同步与互斥。
本文详细介绍了P，V操作的原理及其在进程中的应用，以及它们对进程同步和互斥的作用。
实践证明，P，V操作是一种有效的实现进程同步与互斥的方法。
6. P，V操作的局限性虽然P，V操作能够解决进程同步与互斥问题，但是它们也存在一些局限性。
首先，P，V操作采用了忙等待的方式，需要不断地检测是否可以进行操作，这会占用CPU资源。
线程的同步和互斥问题
实验二线程的同步和互斥问题一．实验内容：编写程序实现并发线程之间的同步和互斥问题。
线程间的互斥：并发执行的线程共享某些类临界资源，对临界资源的访问应当采取互斥的机制。
线程间的同步：并发执行的线程间通常存在相互制约的关系，线程必须遵循一定的规则来执行，同步机制可以协调相互制约的关系。
二．实验目的和要求1）了解进程同步与互斥的概念，掌握编写进程同步、互斥的实例。
2）解决一类典型的进程间同步问题，如生产者-消费者问题，读者-写者问题等。
三．实验方法和步骤1．实验方法掌握同步与互斥的机制，选取合适的问题，给出演示程序的设计思想，包括流程图的形式；选取C、C++、VC、JA V A等计算机语言，编程调试，最终给出运行正确的程序。
2．程序设计（1）线程间互斥：分析问题，创建多个线程，找出临界资源，划出正确的临界区，根据互斥机制的操作模式，编写程序。
互斥机制的操作模式：p(mutex);/*关锁*/临界区的操作；v(mutex);/*开锁*/（2）线程间同步——读者-写者问题示例：在Windows 2000 环境下，创建一个包含n 个线程的控制台进程。
用这n 个线程来表示n个读者或写者。
每个线程按相应测试数据文件的要求，进行读写操作。
请用信号量机制分别实现读者优先和写者优先的读者-写者问题。
读者-写者问题的读写操作限制：1）写-写互斥；2）读-写互斥；3）读-读允许；运行结果显示要求：要求在每个线程创建、发出读写操作申请、开始读写操作和结束读写操作时分别显示一行提示信息，以确信所有处理都遵守相应的读写操作限制。
测试数据文件格式测试数据文件包括n 行测试数据，分别描述创建的n 个线程是读者还是写者，以及读写操作的开始时间和持续时间。
每行测试数据包括四个字段，各字段间用空格分隔。
第一字段为一个正整数，表示线程序号。
第二字段表示相应线程角色，R 表示读者是，W 表示写者。
第三字段为一个正数，表示读写操作的开始时间。
第五章互斥与同步-PPT课件
5.4 信号量
3.整型信号量 整型信号量是通过定义一个整型变量，如s ，和 两个标准的原子操作wait(s)和 signal(s)来 对s进行减1和增1操作，以实现对临界资源的 访问控制。这两个原子操作习惯上分别被称为 P操作和V操作。 两种实现方式：忙等待与阻塞等待。
Pi:
while(true) {… while(flag[j]);/*执行空语句等待*/ flag[i]=true; 执行csi /* 进程Pi的临界区*/ flag[i]=false;/*释放临界资源*/ …}
5.3 互斥
(2)用一个turn来指示哪个进程应该进入临界 区，turn=i表示pi可以进入临界区。
(2)硬件指令的方法
TS（Test-and Set）指令 bool founction TS (bool flag) { TS =flag; flag=true;/*关闭临界区*/ }
2.互斥的硬件解决方法
例：用TS硬件指令方法实现互斥
while(true) {while(TS(lock)); 执行csi lock=false; ……}
Pi: While(true) {… while(turn!=i); /*执行空语句等待*/ 执行csi; /*临界区*/ turn=j; /* (j!=i) 释放临界资源*/ … } 强制在两个进程之间轮换，不能满足空闲让进的原则！
(3)Dekker的软件解决方法（一种正确的方法） 初始化：flag[0]=flag[1]=false;turn可以为0或1； Pi: while(true) {flag[i]=true;/*标识想进入临界区的进程*/ while(flag[j]) {if(turn==j) { flag[i]=false; while(turn==j); flag[i]=true; }} 执行csi /*执行临界区代码*/ turn=j;flag[i]=false; …… }
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进程或线程的同步与互斥是计算机操作系统中重要的概念，用于控制多个进程或线程之间的访问共享资源。
下面将介绍四种常用的进程或线程同步互斥的控制方法。
1. 互斥锁（Mutex）：互斥锁是最常用的同步互斥控制方法之一、当一些进程或线程获得了互斥锁后，其他进程或线程就无法获得该锁，只能等待锁的释放。
只有当获得互斥锁的进程或线程执行完毕后，才能释放锁，让其他进程或线程继续执行。
这种方式可以有效避免多个进程或线程同时访问共享资源而导致的冲突。
2. 信号量（Semaphore）：信号量是一种更加复杂的同步互斥控制方法。
信号量可以通过一个整型变量值来表示可用资源的数量。
当一个进程或线程需要访问共享资源时，首先会尝试获取信号量。
如果信号量的值大于0，则获取成功，可以继续执行；如果信号量的值等于0，则获取失败，进程或线程需要阻塞等待其他进程或线程释放信号量。
当进程或线程完成对共享资源的访问后，会释放信号量，使得其他进程或线程可以获取到它。
3. 条件变量（Condition Variable）：条件变量是一种比较高级的同步互斥控制方法。
条件变量不是用来保护共享资源的访问的，而是用来等待其中一种条件的发生。
当一个进程或线程需要等待其中一种条件满足时，会通过条件变量进行阻塞。
当条件满足后，其他进程或线程可以通过条件变量发送信号来唤醒等待的进程或线程。
4. 屏障（Barrier）：屏障是一种用于同步多个进程或线程的控制方法。
屏障会将进程或线程分为多个阶段，并在每个阶段结束时设置一个屏障。
当一个进程或线程到达屏障时，它会阻塞等待其他进程或线程到达。
只有当所有进程或线程都到达了屏障，才会释放它们，继续执行下一个阶段。
屏障可以用于控制多个任务的执行顺序，保证它们在一定时刻到达同一个点。
这四种方法都是常见的进程或线程同步互斥的控制方法，每种方法都有自己的适用场景和实现方式。
根据具体的应用需求和系统架构，可以选择合适的方法来实现进程或线程的同步与互斥。
C语言同步与互斥技术
C语言同步与互斥技术在多线程编程中，同步与互斥是非常重要的概念。
同步指的是协调多个线程之间的执行顺序，而互斥则是为了保护共享资源，避免多个线程同时访问造成数据不一致的问题。
C语言提供了一些同步与互斥技术的函数和机制，本文将介绍其中的几种常用的方法。
1. 互斥锁互斥锁是最常见的同步机制之一。
它的作用是确保同一时间只有一个线程可以访问被保护的资源。
在C语言中，可以使用互斥锁来实现对临界区的访问控制。
互斥锁的使用通常分为两个步骤：初始化和加锁。
下面是互斥锁的示例代码：```#include <pthread.h>pthread_mutex_t mutex;int main() {// 初始化互斥锁pthread_mutex_init(&mutex, NULL);// 加锁pthread_mutex_lock(&mutex);// 临界区操作// 解锁pthread_mutex_unlock(&mutex);// 销毁互斥锁pthread_mutex_destroy(&mutex);return 0;}```2. 信号量信号量是一种更为通用的同步与互斥工具。
它可以用于控制对资源的访问，也可以用于线程之间的通信。
C语言中提供了信号量的相关函数，如sem_init、sem_wait和sem_post等。
下面是信号量的示例代码：```#include <semaphore.h>sem_t semaphore;void* thread_function(void* arg) {while (1) {// 等待信号量sem_wait(&semaphore);// 临界区操作// 发送信号量sem_post(&semaphore);}}int main() {// 初始化信号量sem_init(&semaphore, 0, 1);// 创建线程pthread_t thread;pthread_create(&thread, NULL, thread_function, NULL); // 主线程操作// 销毁信号量sem_destroy(&semaphore);return 0;}```3. 条件变量条件变量通过线程之间的等待与唤醒机制实现同步与互斥。
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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设Lock为全局布尔变量，利用Test&Set指 令，即可实现对临界区的加锁与解锁：
Do { while Test_and_Set (lock) ; critical section; lock = false; non-critical sectiot” 读后置1指令实现互斥实例：
T&S Ri,Aj 解释为将(Aj)地址所指内存 单元内容读到Ri寄存器中,同时将1置入Aj 所指的内存单元中.
设Lock为临界段锁变量，则安排如下指令， 即可实现加锁与解锁：*
A1< ＝ &Lock; （将 Lock 单元地址送 A1 寄 存器。Lock单元初始值为0） Loop:T&S R1,A1; JRN R1,Loop; (If (R1=1)then goto Loop ) 临界段
Parend;
2、“Test_and_Set”指令。 该指令功能描述为： boolean Test_and_Set（boolean &target）{ Boolean rv=target; target = true return rv; }
3、“Swap”指令。 该指令功能 void Swap（boolean &a, Boolean &b） { boolean temp=a a = b b = temp }
A(amount){ disableInterrupt(); R1=balance; R2=amount; R1=R1+R2; balance=R1; enableInterrupt(); };
B(amount) { disableInterrupt(); R1=balance; R2=amount; R1=R1-R2; balance=R1; enableInterrupt(); };
P、V操作是两条原语，即保证P、V操作对 变量S的访问是互斥操作。
一. 原语概念与实现
原语：指完成某种功能且不被分割或不被 中断执行的操作序列。 原语可通过硬件实现不可中断性；或通过 实现临界段的元方法达到不被中断。 实现临界段的元方法: •屏蔽中断(只用于单机) •加硬锁。
下面我们用屏蔽中断方法实现P（s）和V（s）的 原子性。 P （ s） { disableInterrupt(); while （s≤0）{ enableInterrupt(); disableInterrupt(); } s = s - 1； enableInterrupt(); } V （ s） { disableInterrupt(); s = s +1； enableInterrupt(); }
Parbegin
P1(): { …… P2(): { ……
S1; V(synch);
…… };
P(synch); S2;
…… };
Parend;
S1
S2 S3
S4 S5 S6
S7
请同学们用并行语句和PV操作描述
三.信号量的具体实现 操作系统实现信号量时与进程调度相结合， 消除忙等待现象。 原则是：在P操作循环等待的地方加入放弃 处理机/挂入等待队列动作，在V操作时， 从等待队列中摘取进程变为就绪态。 （P、V原语本身的互斥操作通过屏敝中断 或为信号量加硬锁实现）
A1 <=&Lock; (A1) <=0;(0置Lock内存单元)
非临界段
设Lock为全局布尔变量（初值为假），每 个进程设一个局部布尔变量Key。利用Swap 指令，可实现对临界区的加锁与解锁。
do { key = true; while(key==ture) Swap (lock, key);
critical section; lock = false; non-critical section while(1);
4.2.3 信号量
信号量机构：“信号量”、“P、V操作”。 • 信号量S为一整型变量：
• P(S): While S≤0 ；空操作 S = S-1 ；
• V（S）：S = S＋1；
二、信号量的使用(互斥与同步) 互斥：用于n个进程的临界段互斥，n进程 共享一个信号量mutex,初值为1，任一进 程Pi的结构为：
do{
P(mutex)
临界段 V(mutex) 非临界段
}while（1）
同步：有P1、P2 两进程，必须在P1执行完S1
语句后，P2才能执行S2。需同步的两进程共享 信号量synch，初值为0。
第八讲 同步与互斥实现方法
目的与要求：理解互斥问题的硬件实现
方法；掌握信号量机制及使用它解决进 程同步互斥问题的方法。 重点与难点：信号量实现及使用。 作业：4，6, 11
4.2.2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: 1.屏蔽中断 Parbegin
1、信号量定义 typedef struct{ int value； struct process *L; }semaphore； 2、P操作 P(S):S.Value=S.value –1; If S.value<0 then 保存现场， 将本进程挂入S.L队列，重新调度。 3、V操作 V（S):S.value:=value+1 If S.value ≤0 then 从S.L队列 取一进程，挂入就绪队列。