同步和互斥的概念

进程的同步与互斥1. 同步：是进程间共同完成一项任务时直接发生相互作用的关系。

2. 互斥：排它性访问即竞争同一个物理资源而相互制约。

l 什么是临界资源、临界区？1. 临界资源：一次仅允许一个进程使用的资源。

2. 临界区：在每个进程中访问临界资源的那段程序。

3. 互斥进入临界区的准则：1) 如果有若干进程要求进入空闲的临界区，一次仅允许一个进程进入。

2) 任何时候，处于临界区内的进程不可多于一个。

如已有进程进入自己的临界区，则其它所有试图进入临界区的进程必须等待。

3) 进入临界区的进程要在有限时间内退出，以便其它进程能及时进入自己的临界区。

4) 如果进程不能进入自己的临界区，则应让出CPU，避免进程出现“忙等”现象。

l 信号量1. 信号量定义：信号量（信号灯）=＜信号量的值，指向PCB的指针＞2. 信号量的物理意义：大于0：表示当前资源可用数量1) 信号量的值小于0：其绝对值表示等待使用该资源的进程个数2) 信号量初值为非负的整数变量，代表资源数。

3) 信号量值可变，但仅能由P、V操作来改变。

l P，V操作原语1. P操作原语P(S) ：1) P操作一次，S值减1，即S＝S－1（请求分配一资源）；2) 如果S≥0，则该进程继续执行；如果S＜0表示无资源，则该进程的状态置为阻塞态，把相应的PCB连入该信号量队列的末尾，并放弃处理机，进行等待（直至另一个进程执行V（S）操作）。

2. V操作原语（荷兰语的等待）V(S) ：1) V操作一次，S值加1，即S＝S+1（释放一单位量资源）；2) 如果S＞0，表示有资源，则该进程继续执行；如果S≤0，则释放信号量队列上的第一个PCB所对应的进程（阻塞态改为就绪态），执行V操作的进程继续执行。

l 进程间简单同步与互斥的实现1. 用P，V原语实现互斥的一般模型：设互斥信号量mutex初值为12. 用P、V原语操作实现简单同步的例子供者和用者对缓冲区的使用关系如下图：S1缓冲区是否空（0表示不空，1表示空），初值S1=0；S2缓冲区是否满（0表示不满，1表示满），初值S2=0；3. 生产者---消费者问题（OS典型例子）mutex互斥信号量，初值为1；full满缓冲区数，初值为0；empty空缓冲区数，初值为N；4. 应用举例[例1] 设系统中只有一台打印机，有三个用户的程序在执行过程中都要使用打印机输出计算结果。

操作系统同步和互斥操作系统中的进程之间的关系只有两种：同步与互斥。

下面由店铺为大家整理了操作系统的同步和互斥的相关知识，希望对大家有帮助!操作系统同步和互斥1.进程同步进程同步也是进程之间直接的制约关系，是为完成某种任务而建立的两个或多个线程，这个线程需要在某些位置上协调他们的工作次序而等待、传递信息所产生的制约关系。

进程间的直接制约关系来源于他们之间的合作。

比如说进程A需要从缓冲区读取进程B产生的信息，当缓冲区为空时，进程B因为读取不到信息而被阻塞。

而当进程A产生信息放入缓冲区时，进程B才会被唤醒。

2.进程互斥进程互斥是进程之间的间接制约关系。

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。

只有当使用临界资源的进程退出临界区后，这个进程才会解除阻塞状态。

比如进程B需要访问打印机，但此时进程A占有了打印机，进程B会被阻塞，直到进程A释放了打印机资源,进程B才可以继续执行。

扩展：临界资源在操作系统中，进程是占有资源的最小单位(线程可以访问其所在进程内的所有资源，但线程本身并不占有资源或仅仅占有一点必须资源)。

但对于某些资源来说，其在同一时间只能被一个进程所占用。

这些一次只能被一个进程所占用的资源就是所谓的临界资源。

典型的临界资源比如物理上的打印机，或是存在硬盘或内存中被多个进程所共享的一些变量和数据等(如果这类资源不被看成临界资源加以保护，那么很有可能造成丢数据的问题)。

对于临界资源的访问，必须是互诉进行。

也就是当临界资源被占用时，另一个申请临界资源的进程会被阻塞，直到其所申请的临界资源被释放。

而进程内访问临界资源的代码被成为临界区。

对于临界区的访问过程分为四个部分：1.进入区:查看临界区是否可访问，如果可以访问，则转到步骤二，否则进程会被阻塞2.临界区:在临界区做操作3.退出区:清除临界区被占用的标志4.剩余区：进程与临界区不相关部分的代码临界资源使用规则：忙则等待、优先等待、空闲让进、让权等待(在临界区的进程，不能在临界区内长时间处于事件等待，必须在一定时间退出临界区)。

互斥与同步互斥与同步是计算机科学中两个重要的概念，它们是多线程编程中必须掌握的知识点。

本文将介绍互斥与同步的概念、原理、实现方式以及应用场景。

一、互斥1.1 概念互斥是指在多线程并发执行时，对于共享资源的访问需要保证线程之间的排他性，即在任意时刻只有一个线程能够访问共享资源。

1.2 原理互斥的实现基于锁机制，即在访问共享资源前获取锁，在使用完毕后释放锁。

这样可以保证在任意时刻只有一个线程能够获得锁，从而避免了多个线程同时访问共享资源造成的数据竞争问题。

1.3 实现方式常见的实现方式包括：（1）临界区：将对共享资源的访问限制在一个代码块内，在进入临界区前获取锁，在离开临界区后释放锁。

（2）信号量：通过计数器来控制同时进入临界区的线程数量，当计数器为0时表示当前没有进入临界区的线程，当计数器大于0时表示当前有进入临界区的线程。

（3）互斥量：是一种特殊的信号量，只能被一个线程获取，其他线程需要等待该线程释放互斥量后才能获取。

1.4 应用场景互斥常用于对共享资源的访问控制，例如多个线程同时访问同一个文件、数据库或网络连接等。

二、同步2.1 概念同步是指在多线程并发执行时，保证线程之间的协调和顺序性，使得程序按照预期的顺序执行。

2.2 原理同步的实现基于信号机制，即在某个条件满足时通知其他线程进行操作。

例如，在生产者-消费者模型中，当生产者生产了数据后需要通知消费者进行消费。

2.3 实现方式常见的实现方式包括：（1）条件变量：通过等待和唤醒操作来实现对某个条件的等待和通知。

（2）事件对象：是一种特殊的条件变量，可以通过事件对象来设置和清除事件状态，并在事件状态发生改变时通知其他线程进行操作。

（3）屏障：是一种同步原语，在多个线程到达屏障点时会被阻塞，直到所有线程都到达后才会继续执行。

2.4 应用场景同步常用于对线程之间的协调和顺序性控制，例如在多个线程之间进行任务分配、消息传递等。

三、互斥与同步的关系互斥和同步是两个相互依存的概念。

互斥与同步介绍互斥与同步是计算机科学中重要的概念，用于解决多任务并发执行时可能出现的数据竞争和资源冲突问题。

互斥指的是一段代码或一段逻辑在同一时间只能由一个线程或进程访问，而同步则是指多个线程或进程之间按照一定顺序进行协调和通信。

在多线程或多进程环境中，互斥与同步是必不可少的。

正确的使用互斥和同步机制可以保证程序的正确性和可靠性，同时提高系统的性能和资源利用率。

本文将详细探讨互斥与同步的概念、实现方法以及在不同场景下的应用。

互斥概念互斥的定义互斥是指多个并发执行的线程在访问共享资源时遵循一种规则，以防止彼此产生冲突。

互斥机制通常使用互斥量或锁来实现，通过对共享资源进行加锁和解锁操作，确保每一时刻只有一个线程可以访问该资源。

互斥的目的互斥的目的是保护共享资源，避免数据竞争和资源冲突。

当多个线程同时对共享资源进行读写时，如果没有互斥机制的保护，可能会导致数据不一致或错误的结果。

互斥的实现方式互斥可以通过互斥量、信号量和自旋锁等方式来实现。

互斥量互斥量是一种计数信号量，其内部维护一个资源和一个等待队列。

当一个线程请求互斥量时，如果资源没有被占用，则线程可以获得互斥量并将其标记为占用状态；如果资源已经被占用，则线程将被阻塞，加入到等待队列中，直到资源被释放。

信号量是一种标识资源可用数量的计数器。

当一个线程请求信号量时，如果计数器大于零，则线程可以继续执行；如果计数器等于零，则线程将被阻塞，直到计数器大于零。

自旋锁自旋锁是一种忙等待的锁机制，它不会使线程阻塞，而是通过循环不断地尝试获取锁。

自旋锁适用于锁定时间短、竞争激烈的情况，避免了线程切换的开销。

同步概念同步的定义同步是指多个线程或进程之间按照一定的顺序进行协调和通信，以共同完成任务。

同步机制可以保证多个线程或进程的操作按照一定的规则和顺序执行，避免产生不一致或错误的结果。

同步的目的同步的目的是保证程序的正确性和可靠性。

当多个线程或进程同时执行时，如果没有同步机制的控制，可能会导致竞争条件和数据不一致。

同步与互斥实现方法一、同步与互斥的概念同步是指多个线程或进程之间按照一定的顺序执行，以达到其中一种约定或要求。

在同步的过程中，程序等待其他线程或进程完成一些操作后再继续执行。

互斥是指多个线程或进程之间访问共享资源时，要互相排斥，避免冲突和竞争。

互斥的目的是保证多个线程或进程对共享资源的操作是互斥的，即同一时刻只有一个线程或进程可以访问共享资源。

二、实现同步的方法1. 互斥锁（Mutex）互斥锁是一种最常用的同步机制，通过对一些代码块或函数的访问加上互斥锁的操作，可以保证只有一个线程能够执行该代码块或函数。

当一些线程获得互斥锁时，其他线程在获得该锁之前会被阻塞。

2. 信号量（Semaphore）信号量是一种更为复杂的同步机制，用于实现一些资源的访问控制。

一个信号量有一个整型值和两个原子操作：P和V。

P操作（也称为wait或down）会使信号量的值减1，如果值小于0，当前线程或进程就会被阻塞。

V操作（也称为signal或up）会使信号量的值加1，如果值小于等于0，就会唤醒等待的线程或进程。

信号量可以用于解决生产者-消费者问题、读者-写者问题等并发编程中的资源竞争问题。

3. 条件变量（Condition Variable）条件变量是一种同步机制，用于在多个线程或进程之间同步共享资源的状态。

条件变量对应一个条件，并提供了等待和通知的机制。

等待操作可以使一个线程或进程等待一些条件成立，直到其他线程或进程通知条件变量，使得等待的线程或进程被唤醒。

通知操作可以使等待中的线程或进程被唤醒，继续执行。

条件变量常和互斥锁一起使用，互斥锁用于保护共享资源，条件变量用于同步共享资源的状态。

三、实现互斥的方法1. Peterson算法Peterson算法是一种经典的软件方法，用于解决两个进程之间的互斥访问问题。

该算法使用了两个布尔型变量flag和turn，通过交替使用这两个变量，实现了两个进程之间的互斥。

2. 印章（Semaphores）信号量也可以用于实现互斥操作。

嵌入式系统开发同步、互斥与通信嵌入式系统开发中，同步、互斥与通信是三个重要的概念。

它们在系统设计和实现中起着至关重要的作用，确保系统能够高效、稳定地运行。

本文将详细介绍这三个概念，并提供一些实用的编程技巧。

同步是指在多个并发执行的任务或线程之间建立一种时间上的关系，确保它们按照一定的顺序执行。

在嵌入式系统中，同步机制可以帮助我们避免竞态条件、死锁等问题，保证系统的正确性和可靠性。

常用的同步机制包括信号量、互斥锁、条件变量等。

互斥是指在多任务环境下，确保同一时间只有一个任务能够访问共享资源。

互斥机制可以防止多个任务同时修改同一数据，从而避免数据不一致和竞争条件。

常用的互斥机制包括互斥锁、读写锁等。

通信是指在不同任务或线程之间进行数据交换和消息传递。

在嵌入式系统中，通信机制可以帮助我们实现任务之间的协作和资源共享，提高系统的效率和响应速度。

常用的通信机制包括消息队列、共享内存、管道等。

在嵌入式系统开发中，合理地使用同步、互斥和通信机制，可以有效地提高系统的性能和稳定性。

然而，不当的使用也可能导致系统出现死锁、资源竞争等问题。

因此，在进行系统设计和编程时，我们需要仔细分析任务之间的关系，选择合适的同步、互斥和通信机制，并进行严格的测试和验证。

在下一部分，我们将详细讨论如何使用这些机制进行嵌入式系统开发。

我们将通过一些具体的例子，展示如何利用信号量、互斥锁、条件变量等实现任务同步，如何利用互斥锁、读写锁等实现任务互斥，以及如何利用消息队列、共享内存、管道等进行任务通信。

同时，我们还将探讨一些常见的同步、互斥和通信问题，并提供一些解决方案和最佳实践。

嵌入式系统开发同步、互斥与通信嵌入式系统开发中，同步、互斥与通信是三个重要的概念。

它们在系统设计和实现中起着至关重要的作用，确保系统能够高效、稳定地运行。

本文将详细介绍这三个概念，并提供一些实用的编程技巧。

同步是指在多个并发执行的任务或线程之间建立一种时间上的关系，确保它们按照一定的顺序执行。

第5章互斥和同步第5章互斥和同步●进程间交互●临界区●互斥●信号量●管程●进程间通信进程的交互——协作和竞争●在多道程序设计系统中，同一时刻可能有许多进程，这些进程之间存在两种基本关系：竞争关系和协作关系。

●竞争关系：（系统中的多个进程之间彼此无关，它们并不知道其他进程的存在，但由于共享系统资源，就会出现竞争。

当多个进程竞争共享硬设备、变量、表格、链表、文件等资源时，可能导致处理出错。

）死锁、饥饿（资源的竞争出现了这两个控制问题）进程的互斥（临界区管理）●协作关系：（某些进程为完成同一任务需要分工协作。

例如：input, compute, output ，协作进程之间各自知道对方的存在）进程的同步（解决进程间协作关系的手段）●进程互斥关系是一种特殊的进程同步关系，即逐次使用共享资源。

临界区●临界区（critical sections）进程中访问共享变量的代码段不同进程关于同一变量的临界段代码可能是完全不同的 临界资源—共享变量临界区使用临界区的互斥临界区●临界区的互斥要求进程对共享变量的读写操作必须互斥的进行；对进程互斥地使用临界区有以下原则：•在共享同一个临界资源的所有进程中，每次只允许有一个进程处于它的临界区；•若有多个进程同时要求进入它们的临界区时，应在有限的时间内让其中之一进入临界区，而不应相互阻塞；•进程只应在临界区内逗留有限时间；•不应使要进入临界区的进程无限期地等待在临界区之外；•在临界区之外运行的进程不可以阻止其他的进程进入临界区；•不要预期和假定进程进展的相对速度以及可用的处理器数目，因为这是不可预期的。

互斥的软件方法●问题：有两个并行进程P0和P1 ，互斥地共享单个资源（磁带机或某共享数据）。

P0和P1是一个循环进程（即进程执行一个无限循环程序），每次只使用资源为一个有限的时间间隔。

解法1：用标志位flag[i]来标示进程i是否在临界段中执行，当flag[i]为真，则表示它正在执行临界段，反之不在临界段中执行；•存在的问题：当两个进程的标志位最初都为false，这时刚好两个进程同时都想进入临界段，并且同时发现对方标志位为false，于是两个进程同时进入了各自的临界段，违背了临界段设计原则（1），每次至多只允许一个进程进入临界段。

什么是进程互斥，什么是进程同步，同步和互斥这两个概念有什
么联系和区别？
在操作系统中，当某⼀进程正在访问某⼀存储区域时，就不允许其他进程进⾏读写或者修改该存储区的内容，否则就会发⽣后果⽆法估计的错误。

进程之间的这种相互制约的关系成为进程互斥。

并发进程在⼀些关键点上可能需要互相等待与互通消息，这种相互制约的等待与互通信息称为进程同步。

实际上进程互斥也是⼀种同步，他协调多个进程互斥进⼊同⼀个临界资源对应的临界区。