同步于互斥

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互斥 ：是指某一资源同时只允许一个访问者对其进行访问，具有唯一性和排它性。但互斥无法限制访问者对资源的访问顺序，即访问是无序的。

同步 ：是指在互斥的基础上（大多数情况），通过其它机制实现访问者对资源的有序访问。在大多数情况下，同步已经实现了互斥，特别是所有写入资源的情况必定是互斥的。少数情况是指可以允许多个访问者同时访问资源

互斥是指两个实体的动作不允许同时发生，如果同时发生就会产生不可以预期的结果。互斥是同步的前提，如果两个动作不是互斥的，就不可能保证其发生的顺序。

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生产者、消费者问题

    产者- 消费者（ Producer-Consumer ）问题是著名的进程同步问题。它描述一组生产者向一组消费者提供消息，它们共享一个有界缓冲池，生产者向其中投放消息，消费者从中取得消息。以下用信号量解决生产者 - 消费者问题。

    假如缓冲池中有n 个缓冲区，每个缓冲区存放一个消息，可利用互斥信号量 mutex 使诸进程对缓冲池实现互斥访问；利用 empty 和 full 计数信号量分别表示空缓冲及满缓冲的数量。又假定这些生产者和消费者互相等效，只要缓冲池未满，生产者可将消息送入缓冲池；只要缓冲池未空，消费者可从缓冲池取走一个消息。

       其中，mutex ， empty ， full 的初始值分别为 1 ， n ， 0 ；

基本概念

进程互斥：指在多道程序环境下，每次只允许一个进程对临界资源进行访问。   

进程同步：指多个相关进程在执行次序上的协调。   

临界资源：在一段时间内只允许一个进程访问的资源。   

临界区：每个进程中访问临界资源的那段代码。

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  4. 7.2  进程运行状态

    一个进程在其生存期内，可处于一组不同的状态下，称为进程状态，如图5-21所示。进程状态保存在进程任务结构的state字段中。当进程正在等待 系统中的资源而处于等待状态时，则称其处于睡眠等待状态。在Linux系统中，睡眠等待状态分为可中断的和不可中断的等待状态。

 

（点击查看大图）图5-21  进程状态及转换关系

    （1）运行状态（TASK_RUNNING）。当进程正在被CPU执行，或已经准备就绪随时可由调度程序执行，则称该进程为处于运行状态 （running）。若此时进程没有被CPU执行，则称其处于就绪运行状态。见图5-21中3个标号为0的状态。进程可以在内核态运行，也可以在用户态运 行。当一个进程在内核代码中运行时，我们称其处于内核运行态，或简称为内核态；当一个进程正在执行用户自己的代码时，我们称其为处于用户运行态（用户 态）。当系统资源已经可用时，进程就被唤醒而进入准备运行状态，该状态称为就绪态。这些状态（图中中间一列）在内核中表示方法相同，都被称为处于 TASK_RUNNING状态。当一个新进程刚被创建出后就处于本状态中（最下一个0处）。

（2）可中断睡眠状态（TASK_INTERRUPTIBLE）。当进程处于可中断等待（睡眠）状态时，系统不会调度该进程执行。当系统产生一个中断或者释放了进程正在等待的资源，或者进程收到一个信号，都可以唤醒进程转换到就绪状态（即可运行状态）。

（3）不可中断睡眠状态（TASK_UNINTERRUPTIBLE）。除了不会因为收到信号而被唤醒，该状态与可中断睡眠状态类似。但处于该状态 的进程只有被使用wake_up()函数明确唤醒时才能转换到可运行的就绪状态。该状态通常在进程需要不受干扰地等待或者所等待事件会很快发生时使用。

（4）暂停状态（TASK_STOPPED）。当进程收到信号SIGSTOP、SIGTSTP、SIGTTIN或SIGTTOU时就会进入暂停状 态。可向其发送SIGCONT信号让进程转换到可运行状态。进程在调试期间接收到任何信号均会进入该状态。在Linux 0.12中，还未实现对该状态的转换处理。处于该状态的进程将被作为进程终止来处理。

（5）僵死状态（TASK_ZOMBIE）。当进程已停止运行，但其父进程还没有调用wait()询问其状态时，则称该进程处于僵死状态。为了了让 父进程能够获取其停止运行的信息，此时子进程的任务数据结构信息还需要保留着。一旦父进程调用wait()取得了子进程的信息，则处于该状态进程的任务数 据结构就会被释放。

    当一个进程的运行时间片用完，系统就会使用调度程序强制切换到其他的进程去执行。另外，如果进程在内核态执行时需要等待系统的某个资源，此时该进程 就会调用sleep_on()或interruptible_sleep_on()自愿地放弃CPU的使用权，而让调度程序去执行其他进程。进程则进入睡 眠状态（TASK_UNINTERRUPTIBLE或TASK_INTERRUPTIBLE）。

     只有当进程从"内核运行态"转移到"睡眠状态"时，内核才会进行进程切换操作。在内核态下运行的进程不能被其他进程抢占，而且一个进程不能改变另一个进程的状态。为了避免进程切换时造成内核数据错误，内核在执行临界区代码时会禁止一切中断。