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互斥量和信号量1. 什么是互斥量和信号量？1.1 互斥量（Mutex）互斥量是一种同步原语，用于控制对共享资源的访问。
它允许多个线程或进程并发执行，但是只有一个线程或进程可以同时访问共享资源。
当一个线程或进程要访问共享资源时，它必须先获得互斥量的所有权，其他线程或进程必须等待。
互斥量有两种状态：锁定和解锁。
当一个线程或进程获得互斥量的所有权时，它将互斥量锁定，并且其他线程或进程无法获得该互斥量的所有权。
只有当持有互斥量的线程或进程释放了该互斥量后，其他线程或进程才能获取到该互斥量的所有权。
1.2 信号量（Semaphore）信号量也是一种同步原语，用于控制对共享资源的访问。
与互斥量不同的是，信号量可以允许多个线程或进程同时访问共享资源。
信号量有一个计数器和一个等待队列。
当一个线程或进程要访问共享资源时，它必须先尝试获取信号量的所有权。
如果信号量的计数器大于零，线程或进程将获得信号量的所有权并继续执行。
如果信号量的计数器等于零，线程或进程将被阻塞并加入到等待队列中。
当持有信号量的线程或进程释放了该信号量后，等待队列中的一个线程或进程将被唤醒，并获得信号量的所有权。
这样就实现了多个线程或进程同时访问共享资源的控制。
2. 互斥量和信号量的应用场景2.1 互斥量的应用场景互斥量常用于以下情况：•多个线程需要访问共享资源，但是只能有一个线程能够访问。
•防止竞态条件（Race Condition）发生，保证共享资源在同一时间只被一个线程访问。
•在多线程编程中实现临界区（Critical Section）。
2.2 信号量的应用场景信号量常用于以下情况：•控制对有限资源（如数据库连接、文件句柄等）的并发访问。
•控制对共享数据结构（如缓冲区、队列等）的并发操作。
•控制对临界区（Critical Section）的并发访问。
3. 互斥量和信号量的实现方式3.1 互斥量的实现方式互斥量的实现方式有多种，常见的有以下几种：•基于硬件指令：一些处理器提供了硬件级别的原子操作指令，可以用来实现互斥量。
操作系统（三）——信号量、死锁1、信号量信号量机制：概念：其实就是⼀个变量，可以⽤⼀个信号量来表⽰系统中某种资源的数量、⽤户进程通过使⽤操作系统提供的⼀对原语来对信号量进⾏操作，从⽽⽅便的实现了进程互斥。
这⾥的⼀对原语是指wait(S)和signal(S)，也简写为P(S)和V(S)，即申请和释放资源。
P、V操作必须成对出现。
整数型信号量：⽤⼀个整数作为信号量，数值表⽰某种资源数。
对信号量的操作只有三种：初始化、P操作、V操作。
不满⾜让权等待原则。
记录型信号量：S.value表⽰某种资源数，S.L指向等待该资源的队列。
P操作中，先S.value++，之后可能执⾏block阻塞原语。
V操作中，先S.value--，之后可能执⾏wakeup唤醒原语。
可以⽤记录型信号量实现系统资源的申请和释放，申请S.value--，然后如果S.value<0说明资源分配完了，就阻塞；释放S.value++，然后如果S.value<=0说明还有进程在等待队列中等待，就唤醒。
记录型信号量可以实现进程互斥、进程同步。
实现进程互斥：划定临界区。
设置互斥信号量mytex，初值为1。
在临界区之前执⾏P(mutex)，在临界区之后执⾏V(mutex)。
实现进程同步：分析那些地⽅是必须保证⼀前⼀后执⾏的两个操作。
设置同步信号量S，初始值为0。
在“前操作”之后执⾏V(S)。
在“后操作”之前执⾏P(S)。
实现前驱关系：每⼀对前驱关系都是⼀个进程同步问题。
为每⼀对前驱关系设置⼀个同步变量，初始值为0。
在“前操作”之后执⾏V操作。
在“后操作”之前执⾏P操作。
⽣产者消费者问题：⽣产者每次⽣产⼀个产品放⼊缓冲区，消费者每次从缓冲区取出⼀个产品使⽤。
缓冲区满⽣产者必须等待（同步关系1），缓冲区空消费者必须等待（同步关系2）。
缓冲区是临界资源，必须被互斥访问（互斥关系）。
问题中的P、V操作：⽣产者每次P⼀个缓冲区，V⼀个产品。
消费者每次V⼀个缓冲区，P⼀个产品。
2022年南京工程学院数据科学与大数据技术专业《操作系统》科目期末试卷A（有答案）一、选择题1、（）不是操作系统的功能。
A.CPU管理B.存储管理C.网络管理D.数据管理2、下列观点中，不是描述操作系统的典型观点的是（）。
A.操作系统是众多软件的集合B.操作系统是用户和计算机之间的接口C.操作系统是资源的管理者D.操作系统是虚拟机3、某系统有n台互斥使用的同类设备，3个并发进程分别需要3，4，5台设备，可确保系统不发生死锁的设备数n最小为（）。
A.9B.10C.11D.124、在使用信号量机制实现互斥时，互斥信号量的初值一般为（）：而使用信号量机，制实现同步时，同步信号量的初值般为（）。
A.0：1B.1：0C.不确定：1D.1：不确定5、下面哪个不会引起进程创建（）A.用户登录B.作业调度C.设备分配D.应用请求6、下列关于设备驱动程序的叙述中，正确的是（）。
I.与设备相关的中断处理过程是由设备驱动程序完成的II.由于驱动程序与I/O设备（硬件）紧密相关，故必须全部用汇编语言书写III.磁盘的调度程序是在设备驱动程序中运行的IV.一个计算机系统配置了2台同类绘图机和3台同类打印机，为了正确驱动这些设备，系统应该提供5个设备驱动程序A. 仅I、IIIB. 仅II、IIIC.仅I、III，IVD. I、II、III、IV7、某进程的段表内容见表，当访问段号为2、段内地址为400的逻辑地址时，进行地址转换的结果是（）。
A.段缺失异常B.得到内存地址4400C.越权异常D.越界异常8、采用直接存取法来读写磁盘上的物理记求时，效率最高的是（）A.连续结构的文件B.索引结构的文件C.链接结构文件D.其他结构文件9、（）结构的文件最适合于随机存取的应用场合。
A.流式B.索引C.链接D.顺序10、目标程序对应的地址空间是（）A.名空间B.逻辑地址空间C.存储空间D.物理地址空间11、下面关于虚拟存储器的论述中，正确的是（）。
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。
互斥信号量和二值信号量互斥信号量和二值信号量是计算机科学中常用的同步机制。
它们的作用是确保在多线程或多进程环境中，对共享资源的访问顺序和正确性。
本文将分别介绍互斥信号量和二值信号量的概念、原理和应用。
互斥信号量是一种特殊类型的信号量，它的值只能是0或1。
当互斥信号量的值为1时，表示共享资源未被占用，可以被访问；当互斥信号量的值为0时，表示共享资源已被占用，其他线程或进程需要等待。
互斥信号量的原理是通过对共享资源的访问进行加锁和解锁操作来实现同步。
当一个线程或进程要访问共享资源时，首先需要尝试将互斥信号量的值减1，如果成功，则表示资源未被占用，可以访问；如果失败，则表示资源已被占用，需要等待其他线程或进程释放资源。
互斥信号量的应用非常广泛。
在操作系统中，互斥信号量常被用于实现进程间的互斥访问和同步操作。
在多线程编程中，互斥信号量可以避免多个线程同时访问共享资源导致的数据竞争和不一致性。
例如，在一个多线程的银行账户系统中，多个线程同时对同一个账户进行存款或取款操作，就需要使用互斥信号量来确保只有一个线程能够访问账户并更新余额。
二值信号量与互斥信号量类似，也是一种特殊类型的信号量，它的值只能是0或1。
不同之处在于，二值信号量的值为0时，表示共享资源不可用；值为1时，表示共享资源可用。
二值信号量的原理和互斥信号量相似，通过加锁和解锁操作来实现对共享资源的同步访问。
当一个线程或进程需要访问共享资源时，首先需要尝试将二值信号量的值减1，如果成功，则表示资源可用，可以访问；如果失败，则表示资源不可用，需要等待其他线程或进程释放资源。
二值信号量的应用也非常广泛。
在操作系统中，二值信号量常被用于实现生产者-消费者模型。
生产者线程负责生产数据并将其放入一个共享缓冲区，消费者线程负责从缓冲区中取出数据进行消费。
为了避免生产者和消费者同时访问缓冲区导致的数据竞争和不一致性，可以使用一个二值信号量来控制对缓冲区的访问。
当缓冲区为空时，消费者需要等待生产者将数据放入缓冲区；当缓冲区已满时，生产者需要等待消费者将数据取出。
C语言技术中的信号量和读写锁操作详解在多线程编程中，保证线程安全性是一个重要的问题。
为了解决线程之间的资源竞争和互斥访问，C语言提供了信号量和读写锁这两种机制。
本文将详细介绍这两种技术的原理和使用方法。
一、信号量信号量是一种用于线程同步和互斥的机制。
它可以用来控制对共享资源的访问。
在C语言中，我们可以使用信号量来解决多个线程同时访问共享资源的问题。
信号量的原理是基于计数器的。
当一个线程想要访问共享资源时，它首先需要检查信号量的值。
如果信号量大于0，表示资源可用，线程可以继续执行并将信号量的值减1。
如果信号量等于0，表示资源不可用，线程需要等待，直到有其他线程释放资源并将信号量的值加1。
在C语言中，我们可以使用`sem_init`函数初始化一个信号量，使用`sem_wait`函数等待资源，使用`sem_post`函数释放资源。
例如：```c#include <stdio.h>#include <pthread.h>#include <semaphore.h>sem_t semaphore;void* thread_func(void* arg) {sem_wait(&semaphore);// 访问共享资源sem_post(&semaphore);return NULL;}int main() {sem_init(&semaphore, 0, 1);pthread_t tid1, tid2;pthread_create(&tid1, NULL, thread_func, NULL);pthread_create(&tid2, NULL, thread_func, NULL);pthread_join(tid1, NULL);pthread_join(tid2, NULL);sem_destroy(&semaphore);return 0;}```在上面的例子中，我们创建了一个信号量，并将其初始化为1，表示共享资源可用。
信号量p、v操作，利用信号量实现互斥的方法-概述说明以及解释1.引言1.1 概述信号量（Semaphore）是一种重要的同步工具，在并发编程中起到了关键的作用。
它是由荷兰计算机科学家艾兹赫尔·迪科斯彻兹于1965年提出的。
信号量可以用于控制对共享资源的访问，实现进程或线程之间的互斥和同步。
在计算机系统中，多个进程或线程可能需要同时访问某个共享资源，这时就会引发竞争条件（Race Condition）问题。
竞争条件会导致数据不一致性和程序错误，为了解决这个问题，需要引入互斥机制来保证共享资源在任意时刻只能被一个进程或线程访问。
信号量的引入能够有效地解决互斥问题。
它通过一个计数器来控制对共享资源的访问。
这个计数器被称为信号量的值，其可以是一个非负整数。
当信号量的值大于等于0时，表示共享资源可用，进程可以继续访问。
当信号量的值小于0时，表示共享资源不可用，进程需要等待其他进程释放该资源后才能继续访问。
信号量的实现依赖于两个操作：P（Proberen）和V（Verhogen）。
P操作用于申请共享资源，即进程想要对共享资源进行访问时，必须先进行P操作。
如果信号量的值大于等于1，即资源可用，那么P操作会将信号量的值减1，并允许进程继续访问共享资源。
如果信号量的值小于1，即资源不可用，那么进程就需要等待。
V操作用于释放共享资源，即进程访问完共享资源后，必须进行V操作，将信号量的值加1，以便其他进程可以访问该资源。
利用信号量实现互斥的方法，就是通过对共享资源进行P和V操作，来控制对资源的访问。
在访问共享资源之前，进程需要先执行P操作锁定资源，访问完毕后再执行V操作释放资源。
这样就能够保证在任意时刻只有一个进程能够访问共享资源，实现了互斥。
总结起来，信号量是一种重要的同步工具，通过P和V操作可以实现对共享资源的互斥访问。
利用信号量实现互斥的方法可以有效地解决竞争条件问题，保证数据的一致性和程序的正确性。
简述信号量和自旋锁的异同和使用时的注意事项信号量和自旋锁是操作系统中常用的同步机制，用于处理多线程或多进程之间的共享资源访问问题。
尽管二者都具有相似的作用和目标，但其实现方式和使用时的注意事项有所不同。
让我们来简要介绍一下信号量和自旋锁的定义和基本概念。
1. 信号量（Semaphore）：信号量是一种基于计数的同步机制，用于控制多个线程或进程对共享资源的访问。
它通过一个计数器来表示可用的资源数量，线程或进程可以通过等待、申请和释放信号量来获得对共享资源的访问权。
信号量的基本操作包括P（等待）和V（释放），分别用于申请和释放资源。
2. 自旋锁（Spin Lock）：自旋锁是一种基于忙等待的同步机制，适用于多核或多处理器的系统环境。
它使用一个标志位（如一个整型变量）来表示锁的状态，线程通过不断地自旋（循环忙等待）来获取锁。
如果锁被其他线程持有，当前线程将在自旋期间一直等待，直到锁被释放。
接下来，让我们详细比较一下信号量和自旋锁的异同之处：1. 实现方式：信号量通常基于系统提供的原子操作来实现，如原子加减和比较交换等。
而自旋锁则使用底层的原子操作，如测试和设置指令等，来实现对锁状态的读取和修改。
2. 等待机制：在等待共享资源时，信号量会将等待的线程阻塞，直到资源可用。
而自旋锁则是通过循环忙等待的方式，不会将线程阻塞，而是不断地检查锁的状态，直到获取到锁。
3. 开销和效率：由于自旋锁不涉及线程的切换和上下文的保存，相比之下，自旋锁的开销较小。
但自旋锁可能导致CPU资源被浪费在忙等待上，如果等待时间过长，会降低系统的整体性能。
而信号量的开销较大，因为它需要进行线程的切换和上下文的保存。
4. 适用场景：信号量适用于多个线程或进程之间的同步与通信，可以灵活地控制对共享资源的访问。
而自旋锁适用于多核或多处理器环境下，主要用于减少线程切换带来的开销，提高系统的并发性能。
在使用信号量和自旋锁时，我们需要注意以下几点：1. 死锁问题：当使用信号量时，如果线程间的等待顺序不当或资源分配不合理，可能会出现死锁问题，造成系统无法继续执行。
信号量机制与互斥的加锁实现的优缺点比较
1.信号量机制和互斥加锁实现机制是广泛使用的资源管理方法。
两者都可以用来保证并发情况下的多个线程的资源同步和互斥问题。
2.信号量机制是一种令牌管理机制，可以用来控制同时访问共享资源的“窗口”的大小，以防止并发任务中的资源被过度使用。
它通过对共享资源的令牌数量进行控制，以确保在同一时刻只有少量线程可以对该资源进行访问，从而实现共享资源的并发访问控制。
3.互斥的加锁实现机制是不可分割的，可以用来确保其中一资源在被多个任务同时访问时，同一时刻只有一个任务能够获取该资源，而其余任务必须排队等待，直到该任务释放资源后才能继续获取该资源。
4.信号量机制优点：它比互斥加锁实现机制更具弹性，可以在更广泛的场景中使用，而且有效地利用共享资源，而不会出现资源浪费的情况，保证了各个线程之间访问资源的均衡；另外它可以避免死锁现象的发生，减少系统的管理成本。
5.互斥加锁实现机制优点：它可以有效地防止多个线程之间的冲突，保证进程并发正常运行的正确性，确保资源的一致性；它可以防止脏读和脏写，确保系统的正确性和安全性；它还可以提高系统的可靠性。
操作系统题库一种以计算机网络为基础的，将物理上分布的具有自治功能的数据处理系统或计算机系统互联起来的操作系统。
是非题(正确的划“√”，错误的划“×”)（ F）1、多用户操作系统离开了多终端硬件支持，则无法使用。
（ F）2、具有多道功能的操作系统一定是多用户操作系统。
（ T ）3、多用户操作系统在单一硬件终端硬件支持下仍然可以工作。
（ F）4、多用户操作系统一定是具有多道功能的操作系统。
（T ）5、进程的相对速度不能由自己来控制。
（ F ）6、进程的并发执行是指同一时刻有两个以上的程序，它们的指令在同一个处理器上执行。
（ F ）7、并发进程在访问共享资源时，不可能出现与时间有关的错误。
（ F ）8、并发是并行的不同表述，其原理相同。
（ T）9、临界资源是指每次仅允许一个进程访问的资源。
（ T）10、进程的互斥和同步是进程通信的基本内容。
（ F）11、进程的互斥和同步的相互制约一般不会同时发生。
（ T ）12、进程的互斥和同步总是因相互制约而同时引起。
（ T ）13、作业同步面向用户而进程同步面向计算机内部资源管理控制。
（T ）14、进程之间的同步，主要源于进程之间的资源竞争，是指对多个相关进程在执行次序上的协调。
（ T ）15、P操作和V操作都是原语操作。
（ F ）16、利用信号量的PV操作可以交换大量的信息。
（F ）17、信号量机制是一种有效的实现进程同步与互斥的工具。
信号量只能由PV操作来改变。
（ T ）18、V操作是对信号量执行加1操作，意味着释放一个单位资源，加1后如果信号量的值等于零，则从等待队列中唤醒一个进程，现进程变为等待状态，否则现进程继续进行。
（F ）19、死锁是指因相互竞争资源使得系统中有多个阻塞进程的情况。
（ T ）20、产生死锁的原因可归结为竞争资源和进程推进顺序不当。
（ T ）21、死锁是指两个或多个进程都处于互等状态而无法继续工作。
（ F）22、计算机的死锁俗称“死机”。
问答题1、试比较作业和进程的区别。
答：一个进程是一个程序对某个数据集的执行过程，是分配资源的基本单位。
作业是用于需要计算机完成某项任务，而要求计算机所做工作的集合。
一个作业的完成要经过作业提交，作业收容、作业执行和作业完成4个阶段。
而进程是已提交完毕的程序所执行过程的描述，足资源分配的基本单位。
其主要区别关系如下：(1)作业是用户向计算机提交任务的任务实体。
在用户向计算机提交作业之后，系统将存储在外存中的作业等待队列中等待执行。
而进程则是完成用户任务的执行实体，是向系统申请分配资源的基本单位。
任一进程，只要它被创建，总有相应的部分存在于内存中。
(2)一个作业可由多个进程组成。
且必须至少由一个进程组成，但反过来不成立。
(3)作业的概念主要用在批处理系统中。
像Unix这样的分时系统中，则没有作业概念。
而进程的概念则用在几乎所有的多道程序系统中2．试比较进程和程序的区别。
答：(1)进程是一个动态概念，而程序是一个静态概念，程序是指令的有序集合，无执行含义，进程则强调执行的过程。
(2)进程具有并行特征(独立性，异步性)，程序则没有。
(3)不同的进程可以包含同一个程序，同一程序在执行中也可以产生多个进程。
3.什么是线程?试述线程与进程的区别。
答；线程是在进程内用于调度和占有处理机的基本单位，它由线程控制表、存储线程上下文的用户栈以及核心栈组成。
线程可分为用户级线程、核心级线程以及用户／核心混合型线程等类型。
其中用户级线程在用户态下执行，CPU调度算法和各线程优先级都由用户设置，与操作系统内核无关。
核心级线程的调度算法及线程优先级的控制权在操作系统内核。
混合型线程的控制权则在用户和操作系统内核二者。
线程与进程的主要区别有：(1)进程是资源管理的基本单位，它拥有自己的地址空间和各种资源，例如内存空间、外部设备等；线程只是处理机调度的基本单位，它只和其他线程一起共享进程资源，但自己没有任何资源。
(2)以进程为单位进行处理机切换和调度时，由于涉及到资源转移以及现场保护等问题，将导致处理机切换时间变长，资源利用率降低。
实现互锁的方法
实现互锁的方法有多种，以下是几种常见的方法：
1. 互斥锁（Mutex）：使用互斥锁可以确保在同一时刻只有一个线程或进程可以访问共享资源。
当一个线程或进程获得了互斥锁后，其他线程或进程需要等待该锁释放才能继续执行。
这种方法适用于单进程环境或者多进程间需要同步访问共享资源的情况。
2. 读写锁（ReadWrite Lock）：读写锁允许多个线程同时读取共享资源，但只有一个线程可以进行写操作。
当有线程正在写入数据时，其他读线程和写线程都需要等待。
这种方法适用于读频率高于写频率的场景，可以提高并发读取效率。
3. 条件变量（Condition Variable）：条件变量配合互斥锁使用，可以实现线程之间的等待和通知机制。
当某个线程需要等待一个条件满足时，可以调用条件变量的等待方法，该线程会释放互斥锁并进入等待状态。
当另一个线程满足了条件后，可以通过条件变量的通知方法唤醒等待线程。
4. 信号量（Semaphore）：信号量是一种计数器，用于控制对共享资源的访问。
当信号量的计数器为正数时，表示有可用资源；当计数器为零时，表示资源已经被占用，其他线程需要等待。
通过对信号量的操作，可以实现资源的互斥访问和同步。
以上是几种常见的实现互锁的方法，具体选择哪种方法取决于场景和需求。
需要根据具体情况进行权衡和选择，以保证共享
资源的安全访问和线程间的同步。
信号量和条件变量的异同点信号量和条件变量是操作系统中常用的同步机制，它们都可以用于线程间的通信和协调，但在实际应用中有着不同的特点和用途。
本文将从异同点的角度来探讨信号量和条件变量的区别。
我们先来看看信号量。
信号量是一种用于控制多个线程对共享资源的访问的同步原语。
它通常用于实现互斥访问和同步操作。
信号量可以是二进制的，也可以是计数型的。
二进制信号量只有两种状态：0和1，通常用于实现互斥锁；而计数型信号量可以有多个取值，用于表示共享资源的数量或可用资源的数量。
通过对信号量的操作，可以实现线程的阻塞和唤醒，从而实现线程的同步。
与信号量不同，条件变量是一种线程间的通信机制，它通常用于在线程间传递信号或通知。
条件变量总是与互斥锁一起使用，它提供了一种等待通知的机制，当某个条件不满足时，线程可以进入等待状态，直到其他线程发送信号通知它条件已经满足。
条件变量通常用于实现生产者-消费者模型或读者-写者模型等场景。
在使用上，信号量主要用于保护共享资源的访问，通过对信号量进行P操作（等待）和V操作（释放），可以控制线程对共享资源的访问顺序和数量。
而条件变量主要用于线程间的通信，通过对条件变量的等待和通知操作，可以实现线程间的协作和同步。
信号量和条件变量在实现上也有一些不同之处。
信号量可以由用户自定义的计数器来表示可用资源的数量，通过对计数器的操作来控制线程的访问；而条件变量通常与互斥锁一起使用，等待和通知的操作需要在互斥锁的保护下进行，以确保线程安全。
总的来说，信号量和条件变量都是重要的同步机制，它们在不同的场景下有着不同的作用和用途。
信号量主要用于控制资源的访问和同步操作，而条件变量主要用于线程间的通信和协作。
在实际应用中，可以根据具体的需求选择合适的同步机制来实现线程间的通信和协调，以提高程序的效率和可靠性。
Linux--Linux互斥锁、条件变量和信号量进行多线程编程，最应该注意的就是那些共享的数据，因为无法知道哪个线程会在哪个时候对它进行操作，也无法得知哪个线程会先运行，哪个线程会后运行。
所以，要对这些资源进行合理的分配和正确的使用。
在Linux下，提供了互斥锁、条件变量和信号量来对共享资源进行保护。
一、互斥锁互斥锁，是一种信号量，常用来防止两个进程或线程在同一时刻访问相同的共享资源。
需要的头文件：pthread.h互斥锁标识符：pthread_mutex_t（1）互斥锁初始化：函数原型：int pthread_mutex_init (pthread_mutex_t* mutex,const pthread_mutexattr_t* mutexattr);函数传入值:mutex：互斥锁。
mutexattr：PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER 创建快速互斥锁。
PTHREAD_RECURSIVE_MUTEX_INITIALIZER_NP 创建递归互斥锁。
PTHREAD_ERRORCHECK_MUTEX_INITIALIZER_NP 创建检错互斥锁。
函数返回值：成功：0；出错：-1（2）互斥操作函数int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t* mutex); //上锁int pthread_mutex_trylock (pthread_mutex_t* mutex); //只有在互斥被锁住的情况下才阻塞int pthread_mutex_unlock (pthread_mutex_t* mutex); //解锁int pthread_mutex_destroy (pthread_mutex_t* mutex); //清除互斥锁函数传入值：mutex：互斥锁。
函数返回值：成功：0；出错：-1使用形式：pthread_mutex_t mutex;pthread_mutex_init (&mutex, NULL); /*定义*/...pthread_mutex_lock(&mutex); /*获取互斥锁*/... /*临界资源*/pthread_mutex_unlock(&mutex); /*释放互斥锁*/备注：互斥锁MUTEX的使用注意lock和unlock的配对使用，否则容易出现死锁发生。
2022年沈阳建筑大学计算机科学与技术专业《操作系统》科目期末试卷B（有答案）一、选择题1、采用直接存取法来读写磁盘上的物理记求时，效率最高的是（）A.连续结构的文件B.索引结构的文件C.链接结构文件D.其他结构文件2、某文件系统的簇和磁盘扇区大小分别为1KB和512B。
若一个文件的大小为1026B，则系统分配给该文件的磁盘空间大小是（）。
A.1026BB.1536BC.1538BD.2048B3、为多道程序提供的共享资源不足时，可能会产生死锁。
但是，不当的（）也可能产生死锁。
A.进程调度顺序B.进程的优先级C.时间片大小D.进程推进顺序4、在使用信号量机制实现互斥时，互斥信号量的初值一般为（）：而使用信号量机，制实现同步时，同步信号量的初值般为（）。
A.0：1B.1：0C.不确定：1D.1：不确定5、下列描述中，（）并不是多线程系统的特长。
A.利用线程并行地执行矩阵乘法运算B.Web服务器利用线程响应HTTP请求C.键盘驱动程序为每个正在运行的应用配备一个线程，用以响应该应用的键盘输入，D.基于GUI的调试程序用不同的线程分别处理用户输入、计算和跟踪等操作6、在可变分区分配管理中，某一作业完成后，系统收回其内存空间，并与相邻区合并，为此修改空闲区说明表，造成空闲分区数减1的情况是（）。
A.无上邻空闲分区，也无下邻空闲分区B.有上邻空闲分区，但无下邻空闲分区C.无上邻空闲分区，但有下邻空闲分区D.有上邻空闲分区，也有下邻空闲分区7、在虚拟页式存储管理方案中，（）完成将页面调，入内存的T作。
A.缺页中断处理B.页面淘汰过程C.工作集模型应用D.紧缩技术利用8、在单处理器系统中，可并行的是（）I.进程与进程II.处理器与设备III.处理器与通道IV.设备与设备A.I、II和IIIB.I、II和IVC.I、III和IVD.II、III和IV9、下面说法错误的有（）。
I分时系统中，时间片越短越好。
II.银行家算法是防止死锁发生的方法之。
互斥的加锁实现与信号量机制的优缺点对比
（一）互斥的加锁实现
当某个进程进入临界区之后，临界区将被上锁，直到它退出临界区为止。
并发进程在申请进入临界区之前，首先测试该临界区是否是上锁的。
如果是上锁的，则要等到开锁以后才有可能活的临界区。
设临界区类名为S，锁定位key【S】。
加锁后临界区程序描述如下：
Lock（key【S】）
<临界区>
Unlock（key【S】）
设key【S】=1时表示该临界区可用，key【S】=0时表示该临界区不可用。
则unlock（key 【S】）只用一条语句即可实现。
即：
Key【S】<—1
不过由于lock（key【S】）必须满足key【S】=0时，不允许任何进程进入临界区，而key 【S】=1时仅允许一个进程进入临界区的准则，因而实现起来较为困难。
仍存在一些影响系统可靠性和执行效率的问题，例如循环测试定位将消耗较多的cpu计算时间等等。
还会导致一些不公平现象。
每个进程能否进入临界区是依靠自己的测试判断。
这样，没有获得执行机会的进程当然没法判断，从而产生某进程处于永久饥饿状态。
（二）信号量机制
信号量sem是一整数。
在sem大于等于零时代表可供并发进程使用的资源实体数，但sem小于零时则表示正在等待实用临界区的进程数。
显然，对于互斥的信号量sem初值应该大于零。
P，V原语操作能改变信号量的数值，信号量（sem）可代表管理相应临界区公共资源的实体。
而一次P操作使得sem减1，一次V操作使得sem加1。
P，V操作中进程不需要象加锁时要不断的测试，而是在队列里等待其他进程执行V操作时，就可以进入临界区了。
这样P，V操作比加锁更简单，且表达能力强，但P，V相对来说不安全，会出现死锁，遇到复杂的同步互斥问题时会更复杂。
若此时有a和b两个进程，加锁实现是：a先获得锁，然后b也要获得锁，而因为a已经占有锁了，所以b会进入休眠。
当a释放锁后，会去唤醒在等待队列上的进程，按正常逻辑此时应该是b被唤醒而获得锁。
但是现在却是，a在释放锁之后，又重新获得锁，a会在调度b之前先将计数值减1，然后才调度进程b，b会因为判断计数值不成功而重新进入休眠。
而信号量却不是这样的，信号量是在a释放这个信号之后，唤醒等待队列上的进程，此时会马上调度b，使b获得信号量，若a又要重新获得信号量，会因为信号量的计数值小于等于0而进入休眠。
