*进程互斥**：指多个并发执行的进程因共享某种系统资源（如临界资源）

1. 进程互斥与同步的定义

   • 进程互斥：指多个并发执行的进程因共享某种系统资源（如临界资源），必须以排他方式访问该资源，即在任一时刻只能有一个进程进入临界区执行，其他进程必须等待。这是为避免竞争条件、保证数据一致性而设置的机制。
   • 进程同步：指多个相互协作的进程在执行次序上需要协调，通过一定的机制实现进程间的有序推进，例如一个进程需等待另一个进程完成某操作后才能继续执行。同步强调的是进程之间的逻辑依赖关系和时序控制。

2. 信号量（Semaphore）的概念
   信号量是一种用于解决进程间同步与互斥问题的数据结构，由荷兰科学家Dijkstra提出。它是一个整型变量，包含两个关键属性：

   • 一个整数值（表示可用资源数量或某种状态）；
   • 一个等待队列（记录因该信号量而阻塞的进程）。
     根据初始值不同，信号量可分为：
   • 二进制信号量（初始值为0或1）：常用于实现互斥（如互斥锁）；
   • 计数信号量（可取任意非负整数）：用于管理多个相同类型的资源。

3. P-V 操作（原语）
   P操作（也称wait操作）和V操作（也称signal操作）是对信号量进行的两种原子操作，不可被中断。

   • P(sem)：申请使用资源

     P(sem) {
         sem = sem - 1;
         if (sem < 0) {
             将当前进程插入到sem的等待队列；
             阻塞该进程（让出CPU）；
         }
     }
     

   • V(sem)：释放资源

     V(sem) {
         sem = sem + 1;
         if (sem <= 0) {
             从sem的等待队列中唤醒一个进程；
             被唤醒的进程变为就绪状态；
         }
     }
     

   其中，P操作对应“申请-等待”，V操作对应“释放-通知”。两者结合可实现对临界资源的安全访问以及进程间的协调运行。
   使用信号量实现进程互斥的核心思想是：将临界资源的访问权限通过一个二进制信号量（初始值为1）进行控制，确保同一时刻只有一个进程可以进入临界区。

实现步骤：

1. 定义一个二进制信号量 mutex，初始值为 1（表示临界资源空闲）。
2. 每个进程在进入临界区前执行 P(mutex) 操作，尝试获得访问权。
3. 离开临界区时执行 V(mutex) 操作，释放访问权。
4. P、V操作必须成对出现，且保证原子性。

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示例：基于P-V操作的临界区管理

假设两个进程 Process A 和 Process B 共享一个临界资源（如共享变量 counter），需互斥访问。

// 全局定义信号量 mutex，初始值为 1
semaphore mutex = 1;

// 进程代码结构（以A为例）
void Process_A() {
    while (1) {
        // 非临界区操作
        do_non_critical_section();

        // 进入临界区前：P操作
        P(mutex);

        /* 临界区开始 */
        do_critical_section();  // 如：counter++, 文件写入等
        /* 临界区结束 */

        // 离开临界区后：V操作
        V(mutex);

        // 剩余操作
        do_remaining_section();
    }
}

// Process_B 结构相同，使用同一个 mutex 信号量

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执行过程说明：

时间	操作	mutex 值	说明
t0	Process A 执行 P(mutex)	0	成功进入临界区
t1	Process B 执行 P(mutex)	-1	资源已被占用，B 被阻塞
t2	Process A 执行 V(mutex)	0	释放资源，唤醒 B
t3	Process B 被唤醒继续执行	-1 → 实际变为 0 后运行	进入临界区

注：当 mutex = 1 表示资源可用；0 表示被占用；负数表示有进程等待。

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关键点总结：

• 互斥信号量初始值必须为 1，表示只有一个资源可供使用。
• P操作在进入临界区前调用，用于申请资源。
• V操作在退出临界区后立即调用，防止死锁或饥饿。
• P、V操作本身必须是原子的，通常由操作系统内核提供支持。

这种方式简单有效，广泛应用于操作系统中对打印机、共享内存、文件等资源的互斥访问控制。