目錄
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- 1.程序的互斥
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- 1.1臨界資源和臨界區
- 1.2遵循準則
- 1.3使用硬體實作互斥
- 1.4信号量實作互斥
- 2.程序的同步
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- 2.1生産者\消費者問題
- 2.2讀者\寫者問題
- 3.程序之間的通信
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- 3.1共享記憶體方式
- 3.2管道通信機制
- 3.3消息傳遞機制
- 4.管程
- 5.思維導圖
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1.程序的互斥
程序互斥是程序同步控制中的一種特例。
1.1臨界資源和臨界區
臨界資源
：某段時間内隻允許一個程序使用的資源。
臨界區
：使用臨街資源的那一部分程式。
1.2遵循準則
為了提供對互斥的支援，系統必須滿足以下條件：
（1）空閑讓進：某程序退出臨界區，剛好有其他程序等待進入臨界區，那麼就讓它進入。
（2）忙則等待：有程序在臨界區中，其他程序必須進行等待。
（3）有限等待：不能讓一個程序在臨界區中無限運作，在有限時間内讓它退出。
（4）讓權等待：如果有優先級更高的程序在等待區中，那麼就讓臨界區的程序讓位。
1.3使用硬體實作互斥
中斷禁用
：保證程序進入臨界區後不被打斷，有效的實作互斥。
while(true)
{
/*禁用中斷*/
臨界區
/*啟用中斷*/
}
缺點：
（1）代價太高，會降低執行效率
（2）不能用于多核處理器結構
專用機器指令
：compare_and_swap 指令
優點：
（1）适用範圍廣
（2）使用簡單
（3）可支援多個臨界區
缺點：
（1）導緻CPU空耗，當一個程序等待進入臨界區時，會不斷地持續檢測
（2）導緻饑餓程序，都有多個程序都等待進入臨界區是，在某些極端情況下可能會導緻某個程序永遠無法進入臨界區。
1.4信号量實作互斥
信号量是一個資料結構，簡寫為s。主要有兩個原語操作wait和signal。
原語wait(s)
：用于申請一個資源，有時候寫為P
void wait(semaphore s)
{
//申請時，資源數減一，如果此時資源數小于0，說明無空閑資源，那麼将程序阻塞，并将其放入等待隊列
s.value=s.value-1;
if(s.value<0)
block(s.queue);
}
原語signal(s)
：用于釋放一個資源，有時候寫為V
void signal(semaphore s)
{
//将資源數加一，如果此時資源數小于等于0，那麼将程序喚醒，并将其放入就緒隊列
s.value=s.value+1;
if(s.value<=0)
wakeup(s.queue);
}
信号量的實體含義
：在使用時對信号量進行初始化，注意初始值應該大于等于0。
在使用wait和signal原語時需要注意使用順序，否則可能會出現死鎖。
2.程序的同步
在使用信号量實作程序同步時，一個信号量需要和一個消息對應起來。
2.1生産者\消費者問題
問題描述
：生産者生産産品放入緩沖區中，當緩沖區滿時則發生阻塞。消費者從緩沖區中取出産品，當緩沖區為空時，則發生阻塞。
解決方案
：這裡我們設定三個信号量，S1、mutex、S2，分别表示緩沖區是否還有空位、該時刻隻可以進行一個操作（生産或者消費）、緩沖區是否已滿；定義兩個變量i和j分别指向生産産品的位置和消費産品的位置。
2.2讀者\寫者問題
問題描述
：讀者和寫者共享一組資料區，允許多個讀者同時執行讀操作，不允許讀者、寫者同時操作，不允許多個寫者同時操做。
解決方案
：假設讀優先，即有寫着等待，但是有其他讀者讀，那麼新讀者也可以進行讀操作。設定信号量w用于讀者和寫者、寫者和寫者之間的互斥；設定信号量readcount表示正在讀的讀者個數；設定mutex來對readcount這個臨界資源的互斥通路。
3.程序之間的通信
程序之間根據通信内容可以分為
控制資訊的傳送
和
大批量資料的傳送
；根據進階通信機制可以分為：
共享記憶體方式
、
管道通信機制
、
消息傳遞機制
。
3.1共享記憶體方式
使用共享記憶體可以避免對一個内容的反複通路，但是要注意實作存儲區通路的互斥。
3.2管道通信機制
管道通信用于連接配接一個讀程序和一個寫程序，實作程序之間通信的一種共享檔案，又稱為pipe檔案。
以字元流形式将大量資料送入管道，它可以傳送大量資料，是以被廣泛采用。
3.3消息傳遞機制
以資訊為機關，可以分為直接通信方式和間接通信方式。
直接通信方式
：發送程序直接将消息發給接受程序，接受程序可以接受任意發送發的消息，并且知道發送方是誰。
簡介通信方式
：消息并不直接送達，而是發送到臨時消息隊列（信箱）。具有很大的靈活性，可以一對一、一對多、多對多、多對一。
4.管程
把分散在各程序中的臨界區集中起來進行管理，防止程序有意或者無意的違法同步操作。
5.思維導圖