一、相关的关键概念

• 临界资源

  • 一次仅允许一个进程访问的资源为临界资源

• 临界区（critical section）

  • 把在每个进程中访问临界资源的那段代码称为临界区
  • 代码作为一个共享资源，一次只能允许一个进程访问

• 死锁

  • 两个或两个以上的进程相互等待导致都不能执行

• 互斥

  • 当一个进程在临界访问共享资源时，其他进程不能进入该临界区访问共享资源

• 竞争

  • 多个进程读写一个共享变量，该变量的最终值依赖它们执行的相对速度

• 饥饿

  • 一个进程已经完全具备了执行条件，但是得不到CPU资源

二、进程并发导致的问题

• 进程的并发会导致程序执行结果不封闭

  • 全局资源：对全局资源的访问秩序非常重要
  • 资源分配：不好的分配算法可能导致死锁

• 为了实现对临界资源的访问，每个进程都互斥地进入自己的临界区：一次只有一个程序在临界区。

  1. 在进入临界区之前，对预先访问的临界资源进行检查
  2. 若该资源尚未被访问，则可以进入临界区；反之则不能
  3. 设置正在访问标志
  4. 访问结束后将资源恢复为未访问标志

三、互斥可能带来的问题

• 死锁
  • 进程P1占有资源R1，等待资源R2；进程P2占有资源R2，等待资源R1
• 饥饿
  • 无限期地被推迟访问

四、同步机制遵循的准则

• 空闲让进。当没有进程处于临界区时，可以允许一个请求进入临界区的进程立即进入自己的临界区。

• 忙则等待。当已有进程进入其临界区时，其他试图进入临界区的进程必须等待。

• 有限等待。对要求访问临界资源的进程，应该保证能在有限时间内进入自己的临界区。

• 让权等待。当进程不能进入自己的临界区时，应释放处理机。

五、如何实现互斥访问

• 严格轮换：每个进程每次都从头执行到尾

• 屏蔽中断：刚刚进入临界区时就屏蔽中断，刚要出临界区就打开中断

• 专用机器指令：test_and_set、test_and_clear

• 软件方法

• 信号量