*** 作系统复习：9.多线程同步

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竞争与协作

1.互斥

2.同步

 ⽣产者-消费者问题

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竞争与协作 1.互斥

临界区（critical section）：它是访问共享资源的代码⽚段，⼀定不能给多线程同时执⾏

互斥（mutualexclusion）：⼀个线程在临界区执⾏时，其他线程应该被阻⽌进⼊临界区，即——>就是这段代码执⾏过程中，最多只能出现⼀个线程

互斥解决了并发进程/线程对临界区的使⽤问题

这种基于临界区控制的交互作⽤是⽐较简单的，只要⼀个进程/线程进⼊了临界区，其他试图想进⼊临界区的进程/线程都会被阻塞着，直到第⼀个进程/线程离开了临界区

2.同步

同步：就是并发进程/线程在⼀些关键点上可能需要互相等待与互通消息，这种相互制约的等待与互通信息称为进程/线程同步

注意：互斥和同步是两种不同的概念

互斥： *** 作A和 *** 作B不能再同一时刻执行

同步： *** 作A和 *** 作B不能再同一时刻执行，并且可以保证 *** 作A必须在 *** 作B之前或者之后

 ⽣产者-消费者问题

⽣产者-消费者问题描述：

（１）⽣产者在⽣成数据后，放在⼀个缓冲区中

（２）消费者从缓冲区取出数据处理

（３）任何时刻，只能有⼀个⽣产者或消费者可以访问缓冲区

由问题描述我们可以看出：

（１）任何时刻只能有⼀个线程 *** 作缓冲区，说明 *** 作缓冲区是临界代码，需要互斥

（２）缓冲区空时，消费者必须等待⽣产者⽣成数据；缓冲区满时，⽣产者必须等待消费者取出数据，说明⽣产者和消费者需要同步

那么我们需要三个信号量：

①互斥信号量 mutex ：⽤于互斥访问缓冲区，初始化值为 1

②资源信号量 fullBuffers ：⽤于消费者询问缓冲区是否有数据，有数据则读取数据，初始化值为 0 （表明缓冲区⼀开始为空）

③资源信号量 emptyBuffers ：⽤于⽣产者询问缓冲区是否有空位，有空位则⽣成数据，初始化值为 n（缓冲区⼤⼩）

执行流程（Ｐ为获取，V为放置）：

（１）如果消费者线程⼀开始执⾏ P(fullBuffers) ，由于信号量 fullBuffers 初始值为 0，则此时 fullBuffers 的 值从 0 变为 -1，说明缓冲区⾥没有数据，消费者只能等待

（２）轮到⽣产者执⾏ P(emptyBuffers) ，表示减少 1 个空槽，如果当前没有其他⽣产者线程在临界区执⾏代码，那么该⽣产者线程就可以把数据放到缓冲区

（３）放完后，执⾏ V(fullBuffers) ，信号量 fullBuffers 从 -1 变成 0，表明有「消费者」线程正在阻塞等待数据，于是阻塞等待的消费者线程会被唤醒

（４）消费者线程被唤醒后，如果此时没有其他消费者线程在读数据，那么就可以直接进⼊临界区，从缓冲区读取数据

（５）离开临界区后，把空槽的个数 + 1