第3章进程的同步与通信3.1基本点、重点和难点在多道程序系统中，程序的执行失去了封闭性和再现性，程序的运行具有不确定性，这是我们所不希望看到的。如果多道程序系统中程序的执行不加控制，程序的每次执行就可能得到不同的结果。如何使多道程序的执行的结果具有再现性和确定性？这就需要通过进程间的同步和互斥来实现，将原来无序的、不确定的程序的执行转换为有序的、确定的执行。解决同步和互斥问题最常用的方法就是信号量的方法，通过在程序中使用P、V操作达到同步和互斥的目的。在使用信号量和P、V操作时，很多学生觉得无从下手，感到困惑。这主要是因为他们对进程的本质理解还不够深入、对多道程序设计的原理还不够清楚、对信号量的含义还不够明白造成的。但这部分内容又是各类考试的必考点。本章有很多经典问题，其解题的方法和答案在很多资料上都可以见到。但这些解题的结果是专家们长期精炼而成的，初学者在开始时不可能得到这样的结果。对于初学者而言，迫切想知道的已不单是解题的结果，而是问题解决的思考和分析过程。为此，本章中对一些问题的解答给出了详细的分析过程。3.1.1进程的同步和互斥的概念1.同步(Synchronization)相互合作的进程需要在某些点上协调，先到达某点的进程需要等待后到达的进程，进程间的这种协调关系叫同步。2.互斥(Mutex)互斥是一种特殊的同步方式。当多个进程需要使用相同的资源，而此资源在任一时刻却只能供一个进程使用，获得资源的进程可以继续执行，没有获得资源的进程必须等待。进程间的这种相互排斥关系叫互斥。3.临界资源与临界区(CriticalResourceandCriticalSection)临界资源是一次只允许一个进程使用的资源。临界区是在进程中操作临界资源的程序段。3.1.2锁操作法实现互斥1．基本思想实现互斥的基本思想是使多个进程不能同时进入临界区。给每个临界资源分配一个锁：锁打开时，进程进入临界区，将锁关闭，开始操作临界资源，离开临界区时，将锁打开；锁关闭时，需要进入临界区的进程要等待。2．操作锁的步骤(1)确定临界资源；(2)确定临界区；(3)确定锁个数；(4)设置锁操作。3.1.3信号量与P、V操作1.信号量的引入1965年，荷兰学者Dijkstra提出的信号量机制是一种卓有成效的进程同步工具。在长期且广泛的应用中，信号量机制得到了很大的发展：它从整型信号量经记录型信号量，进而发展为“信号量集”机制。现在的信号量机制已被广泛的应用于单处理机、多处理机系统和计算机网络中。2.信号量(Semaphore)设S为信号量，可以将S看成一个信号灯，但S能比信号灯表达更丰富的含义。(1)当S>0时，是绿灯，进程看到绿灯可以通过。S值越大，通过进程的能力越大，供进程使用的相关资源越多。S值反映了可供进程使用的相关资源的数量。(2)当S<=0时，是红灯，进程看到红灯需要等待。此时|S|表示等待S信号的进程的个数。3．信号量的操作最初由Dijkstra把整型信号量定义为一个整型量，除初始化外，仅能通过两个标准的原子操作Wait(S)和Signal(S)来访问，其它方法都不能操作信号量。这两个操作很长时间以来，一直被分别称为P、V操作，因为希腊语的Wait词头为P，Signal的词头为V。对信号量的操作定义如下：(1)P(S)或Wait(S)：是等待信号的操作，是查看信号的操作，是看灯操作。若为绿灯，进程继续前进；若为红灯，进程必须等待。在该操作中，进行S=S-1，操作使S的值向负方向转化，即操作使信号灯S向红的方向转化。(2)V(S)或Signal(S)：是发送信号的操作。在该操作中，进行S=S+1,操作使S的值向正方向转化，即操作使信号灯S向绿的方向转化。4．P(S)、V(S)的实现(1)整型信号量P(S)：whiles<=0dono-opS：=S-1；V(S)：S：=S+1；(2)记录型信号量在整型信号量机制中的wait操作，只要是信号量S<=0，就会不断地测试。因此，该机制并未遵循“让权等待”的准则，而是该进程处于“忙等”的状态。记录型信号量机制则是一种不存在“忙等”问题的进程同步机制。但在采取了“让权等待”的策略后，又会出现多个进程等待访问同一临界资源的问题。为此，在信号量机制中，除了需要一个用于代表资源数目的整型变量value外，还应增加一个进程链表L，用于链接或记录上述的所有因...
