（招聘备战）操作系统之进程同步详解

大家好，之前的博文讲解了进程互斥（进程与进程间的竞争来争夺对资源的使用），这篇文章给大家讲讲进程同步。
所谓进程同步（synchronization）：指系统中多个进程中发生的事件存在某种时序关系，需要相互合作，共同完成一项任务。
具体的说，有多个进程，其中一个进程执行到某一个位置，需要另外一个进程给其提供消息，在没有获得该消息的时候，前一个进程进入阻塞态，一旦获得消息就被唤醒进入就绪态。
举一个典型例子，生产者消费者问题，该图引用自MOOC网 北大陈向群教授操作系统的课件

该图所描绘的场景是，生产者进程生产某种数据类型放入缓冲区后，消费者进程才可以取走，不允许生产者和消费者同时对缓冲区进行操作。
很显然上图是一个典型的进程同步问题，如何解决这个问题呢？我们接下来引入一种经典的进程同步机制-信号量及P、V操作（既能解决互斥问题，又能解决同步问题）
信号量：一种特殊变量，由一个整数值（进程间传递信息的一个整数值）和一个队列组成（进程排序所用）
数据结构为
struc semaphore{
int count;
queueType queue;
}
信号量声明 semaphore s;
对信号量只能实施三种操作：初始化、P和V

其中P操作是实现使进程进入阻塞态，并且将进程放入s.queue末尾，重新调度
Q操作是唤醒s.queue等待队列中的一个等待进程，改变其为就绪态并且将其插入就绪队列。

注意：P、V都是原语操作，在操作过程中不允许被中断
信号量上的操作主要是初始化（非负数）、P操作、V操作

下面介绍一下同步中具体的PV操作实例（进程的互斥为一种特殊的同步），既能解决进程的同步问题，又能解决进程的互斥问题。

假设有三个进程P1、P2、P3，对同一个临界资源进程操作，设置信号量mutex=1,如果P1先进入CPU，进行P操作，mutex=0，P1进程进入临界区，如果此时P1进入临界区后被中断了，此时P2如果要进入临界区，那么P2执行P操作，mutex=-1，而由我们上面的定义可知，P2进程就等在s.queue队列里面了，同理如果P3也想进入临界区，此时mutex=-2,P3进程也进入队列中，等在P2后面，然后如果此时P1再次进入CPU，那么其进入临界区完成后执行V操作，mutex加1变为mutex=-1,此时V操作把P2从等待队列里送入就绪队列。P3同理。