进程的同步与互斥

1. 什么是进程同步

在多道批处理系统中，多个进程是可以并发执行的，但由于系统的资源有限，进程的执行不是一贯到底的， 而是走走停停，以不可预知的速度向前推进，这就是进程的「异步性」。

那么，「进程的异步性会带来什么问题呢」？举个例子，如果有 A、B 两个进程分别负责读和写数据的操作，这两个线程是相互合作、相互依赖的。那么写数据应该发生在读数据之前。而实际上，由于异步性的存在，可能会发生先读后写的情况，而此时由于缓冲区还没有被写入数据，读进程 A 没有数据可读，因此读进程 A 被阻塞。

进程同步（synchronization）就是用来解决这个问题的。从上面的例子我们能看出，一个进程的执行可能影响到另一个进程的执行，「所谓进程同步就是指协调这些完成某个共同任务的并发线程，在某些位置上指定线程的先后执行次序、传递信号或消息」。

再举个生活中的进程同步的例子，你想要喝热水，于是你打了一壶水开始烧，在这壶水烧开之前，你只能一直等着，水烧开之后水壶自然会发生响声提醒你来喝水，于是你就可以喝水了。就是说「水烧开这个事情必须发生在你喝水之前」。

注意不要把进程同步和进程调度搞混了：

• 进程调度是为了最大程度的利用 CPU 资源，选用合适的算法调度就绪队列中的进程。
• 进程同步是为了协调一些进程以完成某个任务，比如读和写，你肯定先写后读，不能先读后写吧，这就是进程同步做的事情了，指定这些进程的先后执行次序使得某个任务能够顺利完成。

2. 什么是进程互斥

同样的，也是因为进程的并发性，并发执行的线程不可避免地需要共享一些系统资源，比如内存、打印机、摄像头等。举个例子：我们去学校打印店打印论文，你按下了 WPS 的 “打印” 选项，于是打印机开始工作。你的论文打印到一半时，另一位同学按下了 Word 的 “打印” 按钮，开始打印他自己的论文。想象一下如果两个进程可以随意的、并发的共享打印机资源，会发生什么情况？

显然，两个进程并发运行，导致打印机设备交替的收到 WPS 和 Word 两个进程发来的打印请求，结果两篇论文的内容混杂在一起了。

进程互斥（mutual exclusion）就是用来解决这个问题的。当某个进程 A 在访问打印机时，如果另一个进程 B 也想要访问打印机，它就必须等待，直到 A 进程访问结束并释放打印机资源后，B 进程才能去访问。

实际上，像上述的打印机这种「在一个时间段内只允许一个进程使用的资源」（这也就是互斥的意思），我们将其称为「临界资源」，对临界资源进行访问的那段代码称为「临界区」。