进程同步算法

进程的组成

进程由以下内容组成：
PCB:进程控制块，是进程的唯一标识
程序，数据区，工作区

进程的三态

运行态，就绪态，阻塞态

进程之间的互斥

多个进程因争用临界资源而互斥执行，叫做进程间的互斥。实现进程互斥的方法有以下几种：

• Dekker算法：这种算法需要设置一个整型变量turn,用来指示允许进入临界区的线程，turn=1表示P1可以进入临界区,turn=2表示P2可以进入临界区。还要设置一个flag[2]数组表示自己是否愿意进入临界区。flag[0]=true表示进程P1愿意进入临界区，为false表示不愿意进入临界区,flag[1]与P2对应。Dekker算法采用竞争的方式来进入临界区，假如P1想进入临界区，它将自己的flag[0]=true,然后看P2是否愿意进入临界区，如果P2不愿意，那么P1直接进入临界区。如果P2也愿意进入临界区，那么查看turn的值，看当前轮到谁进入临界区了。如果轮到P2进入临界区了，那么P1则表示自己不愿意进入临界区(flag[0]=flase)。将进入临界区权限让给P2.然后一直等P2从临界区退出。

示例代码

void P0()
{
	while(true)
	{
		flag[0] = true;//P0想使用关键区。
		while(flag[1])//检查P1是不是也想用？
		{
			if(turn == 1)//如果P1想用，则查看P1是否具有访问权限？
			{
				flag[0] = false;//如果有，则P0放弃。
				while(turn == 1);//检查turn是否属于P1。
				flag[0] = true;//P0想使用。
			}
		}
		visit(0); //访问Critical Partition。
		turn = 1; //访问完成，将权限给P1。
		flag[0] = false;//P0结束使用。
	}
}
void P1()
{
	while(true)
	{
		flag[1] = true; //P1想使用关键区。
		while(flag[0]) //检查P0是不是也想用？
		{
			if(turn == 0) //如果P0想用，则查看P0是否具有访问权限？
			{
				flag[1] = false; //如果有，则P1放弃。
				while(turn == 0); //检查turn是否属于P1。
				flag[1] = true; // P1想使用。
			}
		}
		  visit(1); //访问Critical Partition。
		turn = 0; //访问完成，将权限给P0。
		flag[1] = false; //P1结束使用。
	}
}

• Peterson算法：这种算法与Dekker算法很相似，但是采用谦让的态度。turn和flag[2]都少不了，而且其含义与Dekker算法一样。先表示自己愿意进入临界区，然后将进入临界区的权限让给对方。

示例代码

void procedure0()
{
	while(true)
	{
		flag[0] = true;
		turn = 1;  //将进入临界区权限让给对方
		while(flag[1] && turn == 1)
		{
			sleep(1);
			printf("procedure0 is waiting!
");
		}
		//进入临界区
		flag[0] = false;
	}
}
void procedure1()
{
	while(true)
	{
		flag[1] = true;
		turn = 0;
		while(flag[0] && turn == 0)
		{
			sleep(1);
			printf("procedure1 is waiting!
");
		}
		//进入临界区
		flag[1] = false;
	}
}

这两种算法都会出现忙等待现象，造成资源的浪费。

硬件方法：“开关中断”指令，“交换”指令，“测试与设置”指令，这三种需要CPU指令集的支持，来达到互斥的目的。

进程的同步

进程之间的同步一般使用信号量来实现，P操作获取资源，V操作释放资源。下面是生产者--消费者模型。P1和P2共享缓冲区，S1和S2的初值为1和0。缓冲区满则不能放物品，缓冲区空不能拿物品。缓冲区只能放一件物品。

P1进程

while(true) {
	生产一件产品；
	P(S1); /*申请空缓冲区*/
	放入物品；
	V(S2);
}

P2进程

while(true) {
	P(S2); /*申请满缓冲区*/
	获取物品；
	V(S1);
}

P操作会消耗资源，V操作会释放资源。S>0时表示同类资源可用数量，S=0表示无可用资源，S<0时，S的绝对值表示正在被阻塞的进程数量。

进程与线程

进程是资源分配的单位，线程是调用的基本单位。线程自己基本上不拥有系统资源，只拥有一点在运行中必不可少的资源（寄存器，栈，程序计数器），它与同一个进程的其他线程共享进程所拥有的全部资源。线程的切换相比于进程来说开销更小(切换时换入换出的内容比进程要小的多，所以速度快)。

死锁产生的必要条件

• 互斥资源的使用(资源独占)：自己占有了资源，其它进程就无法共享使用
• 不可剥夺：自己占有的资源不能被剥夺，直到主动释放为之
• 零散请求：不能一次性将所有资源拿到手
• 循环等待：等待资源的进程形成一个环

只要破坏上面的一个条件就不会发生死锁。这是从预防的角度出发，即对资源的申请加以严格的限制，从而不会发生死锁。

死锁的避免

死锁的避免是在进程申请资源之前，看预判一下，满足进程的要求后会不会发生死锁。如果会发生则不分配，如果不发生则分配资源。

单银行家算法

在某一时刻，系统的某种资源(这里是资金)剩余4，这时有四个进程都要申请这种资源，则应将资源分给a或b让其执行。a或b执行后会释放自己占有的资源，这样其它进程可以继续执行了。

多银行家算法

单银行家算法是对单个资源的分发控制，而多银行家算法则控制多个资源。

图a中表示每个进程总共要申请的资源数，图b表示每个进程已经申请到的资源，图c表示每个进程还需要申请的资源。然后给出分配策略。