4、进程同步：共享变量与信号量的应用

进程同步：共享变量与信号量的应用

在多进程编程中，进程同步是一个至关重要的问题。它能确保多个进程在访问共享资源时不会产生冲突，避免出现诸如竞态条件等问题。本文将介绍两种常用的进程同步方法：使用共享变量的同步和信号量同步。

1. 使用共享变量的同步

使用共享变量进行进程同步是一种基本的方法。这种方法只需要使用共享变量，无需特殊的语言机制。其基本假设是，对内存字的读写操作是原子的。

在这种同步方式中，进程会设置和测试共享变量来表明它们的状态。如果一个进程发现另一个进程的状态会阻止它继续执行，它会通过循环不断测试状态是否改变，这种等待方式称为忙等待。

1.1 临界区问题

临界区问题是指在多进程环境中，限制某段代码在同一时间最多只能由一个进程执行。这个问题包含 N 个进程，每个进程都会反复执行相同的代码，代码分为临界区和非临界区。临界区中，进程可能会更新共享变量、使用打印机或写入文件等，这些操作需要互斥访问；非临界区中，进程不访问任何共享资源。

一个解决临界区问题的通用代码框架如下：每个进程执行 S 个会话，每个会话包含非临界区代码和临界区代码。临界区代码之前有获取临界区访问权限的代码（进入协议），之后有释放临界区访问权限的代码（退出协议）。

为了使例子更具体，代码中包含一个共享变量 x，临界区代码只是将 x 加 3。由于不受控制地访问 x 可能会导致竞态条件，因此对 x 的访问被“保护”在临界区内。

临界区问题的解决方案应满足以下特性：
- CS1 互斥性 ：任何时候，最多只有一个进程在其临界区内执行。
-