这两天看进程的同步与通信，看了几本书上的介绍，也从网上搜了很多资料，越看越迷惑，被这几个问题搞得很纠结。
楼主本来是要继续写服务器并发的，但是后续的服务器相关点都和进程线程联系在一起，所以先把进程线程相关内容写完吧！ 这次只写进程线程的概述，实际操作后续博文逐一代码实现。 进程同步or进程通信/线程同步or线程通信？ 这两组概念迷惑我至今，网上和书籍对这个的描述也是爱用啥用啥的感觉，今天又重新理了一遍。 什么是同步：同步就是数据保持一致，无论是进程还是线程，都是实现了代码执行流程的分支，多个分支同时进行。多个分支互不干扰，但是又有些数据需要共享，让这些数据对所有分支保持一致即为同步。 什么是
在多道批处理系统中，多个进程是可以并发执行的，但由于系统的资源有限，进程的执行不是一贯到底的， 而是走走停停，以不可预知的速度向前推进，这就是进程的「异步性」。
在处理进程间的同步与互斥问题时，我们离不开信号量和PV原语，使用这两个工具的目的在于打造一段不可分割不可中断的程序。应当注意的是，信号量和PV原语是解决进程间同步与互斥问题的一种机制，但并不是唯一的机制。
初学操作系统的时候，我就一直懵逼，为啥进程同步与互斥机制里有信号量机制，进程通信里又有信号量机制，然后你再看网络上的各种面试题汇总或者博客，你会发现很多都是千篇一律的进程通信机制有哪些？进程同步与互斥机制鲜有人问津。看多了我都想把 CSDN 屏了.....，最后知道真相的我只想说为啥不能一篇博客把东西写清楚，没头没尾真的浪费时间。
例如，在上面的P1和P2进程中，由于异步性导致程序执行顺序并不确定，但我们必须保证代码1和代码2在代码4之前执行，此时就需要使用进程同步机制实现
并发执行的程序在运行的时候共享系统的资源，一个进程会受到其他进行的制约，为了协调，达到资源共享，就需要实现进程的互斥和同步。
进程同步和通信是操作系统中的关键概念，它们在多进程或多线程环境中起着至关重要的作用。进程同步是指多个进程或线程之间按照一定的顺序执行，以避免竞争条件和不一致的结果。而进程通信则是指进程之间交换信息和共享资源的机制，使它们能够相互协作和协调工作。 进程同步和通信的重要性体现在以下几个方面：关面试中的应对能力和问题解决能力。
操作系统是管理计算机硬件和软件资源的计算机程序，管理配置内存、决定资源供需顺序、控制输入输出设备等。操作系统提供让用户和系统交互的操作界面。操作系统的种类是多种多样的，不局限于计算机，从手机到超级计算机，操作系统可简单也可复杂，在不同的设备上，操作系统可向用户呈现多种操作。因为我们不可能直接操作计算机硬件，而且设备种类繁多，需要一个统一的界面，因此有了操作系统，操作系统的简易性使得更多人能使用计算机。常见的操作系统有：Windows、Linux、MacOS、Android等，总结一句话就是：操作系统是管理硬件、提供用户交互的软件系统。
用于进程间传递信号的一个整数值。在信号量上只有三种操作可以进行：初始化，P操作和V操作，这三种操作都是原子操作。
进程间通信（IPC，Inter-Process Communication），指至少两个进程或线程间传送数据或信号的一些技术或方法。 总览 进程间通信的问题 竞态条件（race condition
①实现生产者—消费者问题的模拟，以便更好的理解此经典进程同步问题。生产者－消费者问题是典型的PV操作问题，假设系统中有一个比较大的缓冲池，生产者的任务是只要缓冲池未满就可以将生产出的产品放入其中，而消费者的任务是只要缓冲池未空就可以从缓冲池中拿走产品。缓冲池被占用时，任何进程都不能访问。
操作系统的进程同步与互斥主要是介绍了，由于多道程序设计带来的并发性，内存中运行多个进程并发运行。由于并发带来的异步性，进程的推进速度为止；但是有些进程的工作推进需要一定的先后顺序，所以需要同步来解决这种问题。而临界资源只能被这些进程互斥的访问。
文章目录 知识总览 1. 什么是进程同步 2. 什么是进程互斥 知识回顾与重要考点 知识总览 1. 什么是进程同步 2. 什么是进程互斥 宏观上同时，微观上实际还是交替访问资源 知识回顾与重要考点
信号量是最早出现的用来解决进程同步与互斥问题的机制(也可实现进程通信)，包括一个称为信 号量的变量及对它进行的两个原语操作。信号量为一个整数，我们设这个信号量为：sem。很显然，我们规定在sem大于等于零的时候代表可供并发进程使用的 资源实体数，sem小于零的时候，表示正在等待使用临界区的进程的个数。根据这个原则，在给信号量附初值的时候，我们显然就要设初值大于零。
在多道程序共同执行的条件下，进程与进程是并发执行的，不同进程之间存在着不同的相互制约的关系。为了协调进程之间的相互制约的关系，引入了进程同步的概念。
操作系统（Operating System，OS）是计算机系统组成要素，是管理和控制计算机硬件与软件资源的基本软件。操作系统是用户和计算机交互的接口，也是计算机硬件和其他软件交互的接口。操作系统为用户提供各种形式的用户界面，比如Windows的图形用户界面（Graphical User Interface，GUI），Linux的命令行交互Shell。此外，为其它软件的开发提供必要的服务和相应的接口等。操作系统管理着计算机硬件资源，同时按照应用程序的资源请求，分配资源，如划分CPU时间、内存空间的开辟、调用打印机等。
在我们使用的操作系统中为什么要有进程同步机制？我们的计算机系统刚开始是单道批处理系统，意思就是同一时间段内只能运行一个程序，这个程序运行完，才能运行另一个程序，这样就会导致运行效率太低，系统中的资源得不到充分的利用。这也是传统操作系统在进行业务处理的时候效率低下的主要原因，那么对于这种情况应该如何解决呢？这也是现在多道批处理系统出现的原因。
Hello，你好呀，我是灰小猿，一个超会写bug的程序猿！ 今天是10.24程序员节🙊🙊🙊！ 我要把你的名字写进代码里🖥，因为我是浪漫的程序员🙊！ 我要把你种进我的头发里💻，因为我是浪漫的程序员🙊！ 我要把你编程键盘上的CV⌨️，因为我是浪漫的程序员🙊！ 我要把你new在对象里🖱，因为我是浪漫的程序员🙊！ 我还要我们的进程同步💾，因为我是浪漫的程序员🙊！ 那么身为一名浪漫的程序员，应该如何深入的实现进程同步嘞？今天就来和小猿一探究竟吧😇【文中1024程序员表情包大赏】！ 📷 1 问题描述 1.1 为什么要有
文章目录 知识总览 1. 信号量机制实现进程互斥 2. 信号量机制实现进程同步 3. 信号量机制实现前驱关系 知识回顾与重要考点 知识总览 1. 信号量机制实现进程互斥 2. 信号量机制实现进程同步
Mutex 中文为互斥，Mutex 类叫做互斥锁。它还可用于进程间同步的同步基元。
为了使并发执行的诸进程之间能有效地共享资源和相互合作，从而使程序的执行具有可再现性，必须提供进程同步机制。
比如信号量机制中的wait(S) 和 signal(S) ，就相当于是两个方法调用。
我们将一次仅允许一个进程访问的资源称为临界资源，而临界区是指访问临界资源的那段代码。
一、顺序程序与并发程序特征 顺序程序特征 顺序性 封闭性：（运行环境的封闭性） 确定性 可再现性 并发程序特征 共享性 并发性 随机性 二、进程互斥 1、由于各进程要求共享资源，而且有些资源
(2)阻塞状态是缺少需要的资源从而由运行状态转换而来，但是该资源不包括 CPU 时间，缺少 CPU 时间会从运行态转换为就绪态。
知识点回顾：进程具有异步性的特征。异步性是指，各并发执行的进程以各自独立的、不可预知的速度向前推进。
（2）不考虑缓存情况，CPU能且只能对内存进行读写，不能访问外设（输入输出设备）；
操作系统的设计目标：方便性；有效性；可扩充性；开放性。 方便性和有效性 是操作系统设计中最重要的两个目标。 1990年后， 开放性已成为新系统或软件能否被广泛应用的至关重要的因素。 操作系统的基本特征：并发性；共享性；虚拟性；异步性。 并发性和共享性是多用户、多任务操作系统两个最基本的特征。 并发性是多用户、多任务操作系统最重要的特征。 在OS基本特征中，异步性是指进程是以人们不可预知的速度向前推进的。 操作系统基本类型：批处理系统；分时系统；实时系统。 在操作系统基本类型中，可靠性 是 实时系统最重要的特征。 操作系统的主要功能：处理机管理；存储器管理；设备管理；文件管理；用户接口。 操作系统的用户接口：命令接口；程序接口；图形用户接口。 在操作系统接口中，程序接口亦称为系统调用。 目前比较流行的操作系统（实例）：Windows；UNIX；Linux。 UNIX系统最本质的特征（英文缩写）：OSI。 UNIX系统的内核结构可分成两大部分：进程控制子系统；文件子系统。
进程具有异步性的特征。异步性是指，各并发执行的进程以各自独立的、不可预知的速度向前推进。
Semaphore概述 信号量：它是不同进程或者一个给定进程内部不同线程间同步的机制 二值信号量：值为0或者1，与互斥锁类似，资源可用时，值为1，不可用时，值为0 计数信号灯：值在0到n之间。用来统计资源，其值代表可用资源数 等待操作:等待信号灯的值变为大于0，然后将其减1；而释放操作则相反，用来唤醒等待资源的进程或者线程 System V 信号灯（进程同步）:是一个或者多个信号灯的一个集合。其中的每一个都是单独的计数信号灯。而Posix信号灯（线程同步）指的是单个计数信号灯 System V 信号灯由内核
（1）直接： 相互制约关系源于进程合作，表现为： 进程—进程 （同步：合作完成任务的关系！） 为完成同一个任务的诸进程间，因需要协调它们的工作而相互等待、相互交换信息所产生的直接制约关系。 这种制约主要源于进程间的合作。 发生在相关进程之间 eg:
比如尽管有两个人去水井打水，但是水井却只有一个；合理安排的话刚好错开，但是如果安排不合理，那就会出现冲突，出现冲突怎么办？总有一个先来后到，等下就好了。
系统中有一组生产者进程和一组消费者进程，生产者进程每次生产一个产品就放入缓冲区，消费者进程每次从缓冲区中取出一个产品并使用（这里的产品可能是某种数据）
进程管理是操作系统中一个核心的功能，负责创建、调度、同步和终止进程。一个进程基本上是一个程序的执行实例，包含了程序的代码和其活动的数据以及执行历史的状态。有效的进程管理对于确保系统的稳定性、效率和公平性至关重要。
操作系统中的进程是指正在运行的程序的实例。每个进程都有自己的地址空间、数据和代码。进程是操作系统进行资源分配和调度的基本单位。
为了使参与并发执行的每个程序都能独立地运行，在操作系统中必须为之配置一个专门的数据结构，称为进程控制块
但进程的异步性在有些情况下可能会影响程序的正常运行，以上图的管道通信为例，进程1负责写入数据，进程2负责读取数据，只有进程1将管道数据填满后进程2才能成功取到数据，但两个进程并发执行，无法确定读写数据操作的先后顺序，而实际情况又要求必须先写后读的方式执行，此时就需要通过进程同步解决相关问题
管程：管程是关于共享资源的数据结构及一组针对该资源的操作过程所构成的软件模块。 管程：管理过程
上一篇笔记我们已经讲了进程的相关概念和进程控制的知识，这篇笔记则涉及到了进程同步与进程互斥。
进程控制块PCB（Process Control Block）描述的是进程的基本信息以及进程的运行状态，我们说的创建及撤销进程都是对进程控制块PCB的操作。
1.顺序程序与并发程序的特征 1）顺序程序特征：顺序性、封闭性（运行环境的封闭性）、确定性、可再现性。 2）并发程序特征：共享性、并发性、随机性。 2.进程互斥 1）由于各进程要求共享资源，而且有些资源需要互斥使用，因此各进程间竞争使用这些资源。进程的这种关系称为互斥 2）系统中某些资源一次只允许一个进程使用，这样的资源称为临界资源或互斥资源。 3）在进程中涉及到互斥资源的程序段叫临界区。 3.进程同步 进程同步指的是多个进程需要相互配合共同完成一项任务 4.进程间通信的目的 1）数据传输：一个进程需要将它的数据发送给另一个进程 2）资源共享：多个进程之间共享同样的资源 3）通知事件：一个进程需要向另一个或一组进程发送消息，通知它（它们）发生了某种事件（比如子进程结束了要通知父进程） 4）进程控制：有些进程希望完全控制另一个进程的执行（比如Debug进程），此时控制进程希望能够拦截另一个进程的所有陷入和异常，并能及时知道它的状态改变。 5.进程间通信的发展 分为三个阶段： 1）管道 2）System V进程间通信 3）POSIX进程间通信 6.进程间通信分类 文件、文件锁、管道（pipe）和有名管道（FIFO）、信号（signal）、消息队列、共享内存、信号量、互斥量、条件变量、读写锁、套接字。 7.System V IPC & POSIX IPC 1）System V IPC：System V 消息队列、System V共享内存、System V信号量 2）POSIX IPC：消息队列、共享内存、信号量、互斥量、条件变量、读写锁 8.IPC对象的持续性 有三种情况 1）随进程持续：一直存在直到打开的最后一个进程结束（如pipe和FIFO） 2）随内核持续：一直存在直到内核自举或显示删除（如System V消息队列、共享内存、信号量） 3）随文件系统持续：一直存在直到显示删除。即使内核自举还存在。（POSIX消息队列、共享内存、信号量如果是使用映射文件来实现） 内核自举：就是重启系统，重新开机。
生产者消费者问题作为多线程多进程同步互斥的经典问题，值得思考。本文使用Linux系统调用，通过互斥锁和条件变量模拟生产者消费者问题。
系统为每一个运行的程序配置一个数据结构，称为进程控制块（PCB），用来描述进程的各种信息（如程序代码存放位置）
今天遇到的新单词： terminal n终端 terminate v结束，使终结 basic adj基本的
信号量有三部分组成：称为信号量（semaphore）的特殊变量、P操作的原语以及V操作的原语。那么，什么是原语呢？
引子 在编译2.6内核的时候，你会在编译选项中看到[*] Enable futex support这一项，上网查，有的资料会告诉你"不选这个内核不一定能正确的运行使用glibc的程序"，那futex是什么？和glibc又有什么关系呢？ 1. 什么是Futex Futex 是Fast Userspace muTexes的缩写，由Hubertus Franke, Matthew Kirkwood, Ingo Molnar and Rusty Russell共同设计完成。几位都是linux领域的专家，其中可能Ingo Molnar大家更熟悉一些，毕竟是O(1)调度器和CFS的实现者。 Futex按英文翻译过来就是快速用户空间互斥体。其设计思想其实 不难理解，在传统的Unix系统中，System V IPC(inter process communication)，如 semaphores, msgqueues, sockets还有文件锁机制(flock())等进程间同步机制都是对一个内核对象操作来完成的，这个内核对象对要同步的进程都是可见的，其提供了共享 的状态信息和原子操作。当进程间要同步的时候必须要通过系统调用(如semop())在内核中完成。可是经研究发现，很多同步是无竞争的，即某个进程进入 互斥区，到再从某个互斥区出来这段时间，常常是没有进程也要进这个互斥区或者请求同一同步变量的。但是在这种情况下，这个进程也要陷入内核去看看有没有人 和它竞争，退出的时侯还要陷入内核去看看有没有进程等待在同一同步变量上。这些不必要的系统调用(或者说内核陷入)造成了大量的性能开销。为了解决这个问 题，Futex就应运而生，Futex是一种用户态和内核态混合的同步机制。首先，同步的进程间通过mmap共享一段内存，futex变量就位于这段共享 的内存中且操作是原子的，当进程尝试进入互斥区或者退出互斥区的时候，先去查看共享内存中的futex变量，如果没有竞争发生，则只修改futex,而不 用再执行系统调用了。当通过访问futex变量告诉进程有竞争发生，则还是得执行系统调用去完成相应的处理(wait 或者 wake up)。简单的说，futex就是通过在用户态的检查，（motivation）如果了解到没有竞争就不用陷入内核了，大大提高了low-contention时候的效率。 Linux从2.5.7开始支持Futex。 2. Futex系统调用 Futex是一种用户态和内核态混合机制，所以需要两个部分合作完成，linux上提供了sys_futex系统调用，对进程竞争情况下的同步处理提供支持。 其原型和系统调用号为 #include <linux/futex.h> #include <sys/time.h> int futex (int *uaddr, int op, int val, const struct timespec *timeout,int *uaddr2, int val3); #define __NR_futex 240 虽然参数有点长，其实常用的就是前面三个，后面的timeout大家都能理解，其他的也常被ignore。 uaddr就是用户态下共享内存的地址，里面存放的是一个对齐的整型计数器。 op存放着操作类型。定义的有5中，这里我简单的介绍一下两种，剩下的感兴趣的自己去man futex FUTEX_WAIT: 原子性的检查uaddr中计数器的值是否为val,如果是则让进程休眠，直到FUTEX_WAKE或者超时(time-out)。也就是把进程挂到uaddr相对应的等待队列上去。 FUTEX_WAKE: 最多唤醒val个等待在uaddr上进程。 可见FUTEX_WAIT和FUTEX_WAKE只是用来挂起或者唤醒进程，当然这部分工作也只能在内核态下完成。有些人尝试着直接使用futex系统调 用来实现进程同步，并寄希望获得futex的性能优势，这是有问题的。应该区分futex同步机制和futex系统调用。futex同步机制还包括用户态 下的操作，我们将在下节提到。 3. Futex同步机制 所有的futex同步操作都应该从用户空间开始，首先创建一个futex同步变量，也就是位于共享内存的一个整型计数器。 当 进程尝试持有锁或者要进入互斥区的时候，对futex执行"down"操作，即原子性的给futex同步变量减1。如果同步变量变为0，则没有竞争发生， 进程照常执行。如果同步变量是个负数，则意味着有竞争发生，需要调用futex系统调用的futex_wait操作休眠当前进程。 当进程释放锁或 者要离开互斥区的时候，对futex进行"up"操作，即原子性的给futex同步变量加1。如果同步变量由0变成1，则没有竞争发生，进程照常执
计算机系统中，线程和进程是两个基本的概念。多线程编程已经成为现代编程中比较常见的技术，因此对于线程和进程的深刻理解变得尤为重要。
分时系统是指，在一台主机上连接了多个配有显示器和键盘的终端并由此所组成的系统，该系统允许多个用户同时通过自己的终端，以交互方式使用计算机，共享主机中的资源
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