并发与同步

进程互斥

• 进程互斥的解决的办法

1. 由竞争双方平等协商
2. 引入进程管理者

• 资源共享的程度分为三个层次：互斥、死锁、饥饿

• 临界资源的访问过程：进入区、临界区、退出区、剩余区

进程同步机制应遵循的原则

1. 空闲让进
2. 忙则等待
3. 优先等待
4. 让权等待

进程互斥的硬件方法
1.TS指令 2. Swap指令 3.信 量（软件方法）

进程之间通信的方式

1. 共享文件
2. 消息机制
3. 通过共享文件

同步

注意事项：

• 无论多个线程的指令序列怎样交替执行，程序都必须正常工作
  -> 多线程程序具有不确定性和不可重现的特点
  -> 不经过专门设计，调试难度很高
• 不确定性要求并行程序的正确性
  -> 先思考清楚问题，把程序的行为设计清楚
  -> 切忌急于着手编写代码，碰到问题再调试

信 量和管程

为什么需要信 量

• 回顾一下lock能解决并发问题中竞争条件(竞态条件)对资源的争夺；
• 但是lock不能解决同步问题，需要更高级的方式实现同步(包括多线程共享公共数据的协调执行；互斥与条件同步的实现(互斥是指同一时间只能有一个线程可以执行临界区))；
• 信 量初始值设置为1，一个线程开头信 量减一锁上，完事后加一解锁；想一想，如果别的线程也想执行，当他执行P操作的时候，信 量为负数了，此时其它的线程就不得不等待，等到当前线程执行完后V操作了，另一个线程才能执行。

用二进制信 量实现线程同步(调度约束)

P()等待，V()发出信 。

生产者-消费者模型的正确性要求

->在任何一个时间只能有一个线程操作缓冲区(互斥)；
->当缓冲区为空时，消费者必须等待(调度/同步约束)；
->当缓冲区满了时，生产者必须等待(调度/同步约束)；

生产者-消费者模型实现策略

->利用一个二进制信 量实现互斥，也就是锁的功能；
->用一个计数信 量fullbuffers来约束生产者；
->用一个计数信 量emptybuffers来约束消费者；

信 量的用途：互斥和条件同步(注意等待的条件是独立的互斥)；
信 量的缺点：读/开发代码困难；容易出错(使用的信 量被另一个线程占用，完了释放信 量)；不能够处理死锁；

管程monitor

• 基本的硬件操作(禁用中断/原子指令/原子操作)是高层抽象(信 量/锁/条件变量)的基础，采取不同的高层抽象的算法策略，可以实现临界区和管程等不同的并发编程策略。

读者写者问题

• 目的：共享数据的访问；

使用者类型
-> 读者(不需要修改数据)；
-> 写者(读取和修改数据)。

问题的约束
-> 允许同一时间有多个读者，但是任何时间只能有一饿写者；
-> 当没有写者时，读者才可以访问数据；
-> 当没有读者和其他写者时，写者才能访问数据；
-> 在任何时候只能有一个线程可以操作共享变量。

共享数据包括
-> 数据集；
-> 信 量CountMutex(初始值为1，约束读者)；
-> 信 量WriteMutex(初始值为1，约束写者)；
-> 读者数量Rcount(整数，初始值为1)。

基于信 量的读者优先

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