操作系统原理：临界区、信号量、管程的同步和互斥

    临界区：要访问（读写）的共享资源那段代码称之为临界区。这里的代码并不是指C语言等高级语言的代码，而是指机器语言的代码。

    互斥：当线程处于临界区并访问共享资源时，其他线程将不会访问相同的共享资源。

    锁 :对资源加上一种保护机制，使得外部程序无法进行访问。对应的反向操作称之为解锁。

    死锁：两个或以上的进程，进程之间相互等待对方完成特定任务，造成等待的死循环。

    饥饿：一个可执行的进程长期无法获取到CPU的使用权。 

    信号量：有些进程只需要访问共享资源的某个属性，与其他进程访问该共享资源的的内容并不冲突。如果采用加锁的方式，那么会将降低其他任务的执行效率。信号量是比锁 粒度更小的资源保护机制，常用于共享资源集合的互斥访问。

    原子操作：指整个操作过程不允许发生中断、上下文切换，而是一口气执行完的一系列操作。

   管程：比信号量更高的抽象。它是包含成员变量和函数操作的结构体。它的成员包含1个锁用来指定临界区，0或多个条件变量当作信号量来使用。管程利用一组“信号量”来管理共享资源集合的互斥访问

   上下文切换的时机具有不确定性，在1个CPU的情况下，两个线程同时执行相同的代码。如果没有一个合理的同步、互斥机制可能会得到不同的结果。

    

目录

一、临界区的同步和互斥机制

1）禁用硬件中断

2）两个线程间的临界区访问——Dekker算法

3）N线程间的临界区访问——Bakery 算法

4）基于锁的原子操作Test and set 方法

4）基于锁的原子操作Exchange方法

二、基于信号量的同步互斥机制

1）生产者和消费者

2）信号量的实现

三、管程

1）条件变量的实现

2）生产者和消费者

3）Hansen Style 和 Hoare Style

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一、临界区的同步和互斥机制

     临界区

1）禁用硬件中断

     此方法采用屏蔽硬件中断的方法，让临界区的代码不会被中断，不会被上下文切换，自然也就没有了并发问题。但这只适用于单CPU的系统。而对于多CPU的系统还是无法解决互斥问题的。

2）两个线程间的临界区访问——Dekker算法

   此算法需要两个共享的全局变量 turn 和flag 数组，分别表示临界区该被哪一个线程访问  和 表示 哪一个线程想要访问临界区，需给予默认值。其中 i 表示自己的线程标识，j表示另外一个线程的标识。这个算法的原理是：当有两个线程需要访问临界区时，各自发出访问请求 flag[i] = ture ,turn相当于临界区属性，只有进入临界区才可以修改turn标志。而允许进入临界区的条件是当turn的值为自身编号，并且flag [i]为ture时才行。

 

3）N线程间的临界区访问——Bakery 算法

     当由N个进程进入临界区时，每个进程接收到一个数字，得到数字最小的进程进入临界区，如果拿到的数字相同，则进程号pid小的先进入临界区去执行代码。

 

4）基于锁的原子操作Test and set 方法

    利用锁访问的方式。其lock的属性value默认值为0，代表未被锁。有原子方法TestAndSet  方法，这方法执行时不允许被中断。当请求锁方法种，执行testAndSet，如果发现返回值是0，代表可访问，在Test