【操作系统·考研】同步与互斥

1.概述

1.1 临界资源

1.1.1 概述

一次仅允许一个进程使用的资源称为临界资源。
许多物理设备属于临界资源，许多变量、数据等也可以被多个进程共享使用，因此也属于临界资源。

1.1.2 临界资源的访问过程

1. 进入区。在进入区需要检查是否能够进入临界区(Critical Section)，若能，则设置正在访问临界区的标志，以阻止其他进程同时进入该临界区。
2. 临界区/临界段。进程中访问临界资源的那段代码。
3. 退出区。清除正在访问临界区的标志。
4. 剩余区。代码中的其余部分。

do{
   

    entry section; // 进入区
    critical section; // 临界区
    exit section; // 退出区
    remainer section; // 剩余区

}while(true)

临界资源与共享资源的区别在于，临界资源在一个时间段内只允许一个进程访问，而共享资源则可以允许多个(并发使用)。

临界资源有：公用队列、打印机、共享变量、共享缓冲区…
非临界资源有：非共享数据、私用数据、磁盘存储介质、可重入的程序代码…

银行家算法是死锁避免的算法，不能用来解决临界区问题。

1.2 同步/直接制约关系

1.2.1 概述

是指为完成某种任务而建立的两个或多个进程，这些进程因为需要在某些位置上协调它们的工作次序而等待、传递信息所产生的制约关系。

要对并发进程进行同步的原因是：并发进程是异步的。

1.3 互斥\间接制约关系

1.3.1 概述

当一个进程进入临界区使用临界资源时，另一个进程必须等待其占用完并退出临界区后，才被允许进入临界区使用临界资源。

1.3.2 临界区的同步准则

1. 空闲让进。临界区空闲时，可允许一个请求进入临界区使用临界资源。
2. 忙则等待。当已经有一个进程处在临界区时，其他试图进入临界区的进程必须等待。
3. 有限等待。对于请求进入临界区的进程，应保证能在有限时间内进入临界区。
4. 让权等待。当进程不能进入临界区时，应立即释放处理机，避免进程处于忙等待状态。(非必需实现，如Peterson算法)

2.实现临界区互斥的基本方法

2.1 软件实现方法

在进入区中设置并检查一些标志来表明是否有进程在临界区中，若已有进程在临界区中，则进入区通过循环检查进行等待。进程离开临界区后则在退出区修改标志。

2.1.1 单标志法

2.1.1.1 概述

该算法只设置一个公用整型变量turn,用于指示被允许进入临界区的进程编号，即若 turn = 0，则P0进程允许进入。该算法可确保每次只允许一个进程进入临界区。