并发性：互斥与同步

并发是所有问题的基础，也是操作系统设计的基础。并发包括很多设计问题，其中有进程通信、资源和竞争、多个进程活动的同步以及给进程分配处理器时间等。

感知程度	关系	一个进程对其它进程的影响	潜在的控制问题
进程之间不知道对方的存在	竞争	一个进程的结果与另外一个无关;进程的执行时间可能会受到影响	互斥、死锁、饥饿
进程间接知道对方的存在	通过共享合作	一个进程的结果可能取决于从另一个进程获得的信息；进程的执行时间可能会受到影响	互斥、死锁、饥饿、数据一致性
进程直接知道对方的存在	通过通信合作	一个进程的结果可能取决于从另一个进程获得的信息；进程的执行时间可能会受到影响	死锁（可消耗资源）、饥饿

1. 互斥的要求

互斥的硬件支持：

一般常用的并发机制如下表：

机制	描述
信号量	用于进程间传递信号的一个整数值。在信号量上只能进行三种原子操作（初始化、递减和增加）。递减操作是用于阻塞一个进程，递增操作是用于解除对一个进程的阻塞。信号量也称为计数信号量或一般信号量
二元信号量	只取值0或1的信号量
互斥量	类似于二元信号量。关键区别在于为其加锁（设定值为0）的进程和为其解锁（设定值为1）的进程必须为同一个进程
条件变量	一种数据类型，用于阻塞进程或线程，直到特定的条件为真
管程	一种编程语言结构，它在一个抽象数据类型中封装了变量、访问过程和初始化代码。管程的变量只能由自身的访问过程访问，每次只能有一个进程在其中执行。访问过程即临界区。管程可以有一个进程等待队列
事件标志	用作同步机制的一个内存字。应用程序代码可为标志中的每个位关联不同的事件。通过测试相关的一个或多个位，线程可以等待一个事件或多个事件。在全部所需要的位都被设定或至少有一个位被设定之前，线程会一直被阻塞
消息	两个进程交换信息的一种方法，也可用于同步
自旋锁	一种互斥锁，进程在一个无条件循环中执行，等待锁变量的值可用

管程由一个或多个过程、一个初始化序列和局部数据组成的软件模块，其主要特点如下：

进程交互时，必须满足两个基本要求：同步和通信。为实施互斥，进程需要同步；为实现合作，进程需要交换信息。

两个进程间的通信隐含着某种同步的信息：只有当一个进程发送消息后，接受者才能接收到信息。

消息传递的实际功能通过一对原语实现：

send(destination, message)
receive(source, message)

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寻址 send原语中哪里一个进程接受消息很重要。直接寻址是原语中包括目标进程的识别号。间接寻址时，消息不发送到特定的进程，而是发送到一个共享的数据结构，该结构由临时保存信息的队列组成，这些队列通畅被称为邮箱。

存在一个多进程共享的数据区，改数据区可以是一个文本或一块内存空间，甚至可以是一组寄存器；有些进程（reader）只能读取这个数据区中的数据，有些进程（writer）只能往数据区中写数据，此外，还必须满足以下条件：

第一个试图读的读进程需要等待写进程不再访问共享数据区，当至少一个读进程在读时，随后的读进程无序等待，可以直接进入。

在一个写进程声明想写时，不运行新的读进程进入。