【OS笔记 14】进程同步篇—

进程同步要解决什么问题？

在OS中引入进程后，如果不进行妥善的管理，必然会因为这些进程对系统资源的无序争夺而给系统造成混乱。致使每次处理的结果存在不确定性，即程序运行结果的不可再现性。为保证多个进程能有条不紊地运行，在多道程序系统中，必须引入进程同步机制。

一、进程同步机制的主要任务

进程同步机制的主要任务，是对多个相关进程在执行次序上的协调，使并发执行的诸进程之间能按照一定的规则（或时序）共享系统资源，并能很好地合作，从而使程序的执行具有可再现性。

二、进程之间两种形式的制约关系

1. 间接相互制约关系（互斥关系）

是指由于共享系统资源，如CPU、I/O设备等，致使这些并发执行的进程形成的相互制约关系。

2. 直接相互制约关系（同步关系）

一个程序为了完成某任务而建立了多个进程，这些进程需要相互合作。直接制约关系就是源于它们的相互合作，比如需要共享缓冲区等。

三、临界资源

（1）定义： 一次仅允许一个进程使用的资源称为临界资源。

（2）包括： 慢速设备（打印机、磁带机等）、共享的变量、数据结构、缓冲区等。

（3）结论： 诸进程间应采用互斥方式，实现对这些资源的共享。

eg 1. 多道系统中，像这种两个或多个进程并发地读写一个共享数据, 共享数据的值取决于最后访问它的进程的执行结果，这种情况称为竞态条件（Race condition），要保证对临界资源的互斥使用。

eg 2. 生产者——消费者问题，是一个经典的进程同步问题。
所有的生产者和消费者进程都是以异步方式运行的，但它们之间必须保持同步：既不允许消费者进程到一个空缓冲区去取产品，也不允许生产者进程向一个已装满产品的缓冲区投放产品。

四、临界区

（1）定义： 每个进程中访问临界资源的那段代码称为临界区（critical section）

（2） 可以把访问临界资源的循环进程描述如下：

进入区： 用于对欲访问的临界资源进行检查，看它是否正被访问。是的话，则本进程不能进入临界区，否的话，就可以访问，并要设置访问标志。

退出区： 用于将临界区正被访问的标志恢复为未访问的标志。

剩余区： 进程中除了进入区、临界区、退出区以外的代码都称为剩余区。

五、所有同步机制必须遵循的原则

1 和 2 就是很简单的互斥原则；

1. 空闲让进

当没有进程处于临界区时，应允许一个请求进入临界区的进程立即进入。

2. 忙则等待

当已有进程进入临界区时，其它试图进入的进程必须等待。

3. 有限等待

应保证每一个进程在有限时间内能进入自己的临界区，避免陷入“死等”状态。（可以通过限制其它进程进入临界区的次数来实现）

4. 让权等待

当进程不能进入自己的临界区时，应立即释放处理机。（也就是此时进程没啥工作可做了，只能等到临界区允许进入才能继续下去，所以占着CPU也没啥意义了，让出CPU的使用权，继续等待资源，就这意思）