操作系统互斥与同步：信号量解决临界区问题

"操作系统期末复习资料，包含临界区互斥访问、死锁预防和超市购物同步算法等知识点。" 操作系统是计算机系统的核心组件之一，它管理着硬件资源和软件进程，确保系统的稳定运行。本资料主要涉及了操作系统中三个重要的概念：临界区互斥控制、死锁以及进程同步。 1. 临界区互斥控制： 临界区是指一段程序代码，执行时需要独占资源，避免并发执行导致数据不一致。这里讨论了两种情况下的互斥算法： (1) 一次只允许一个进程进入临界区：利用信号量s实现。s的初值为1，表示有一个临界资源可用。当进程需要进入临界区时，执行P(s)，如果s为1，则减为0，进程进入；否则，进程被阻塞。完成临界区操作后，执行V(s)，将s加1，唤醒等待的进程。信号量s的值变化范围[-(k-1),…,-1,0,1]，负值表示有等待进程，正值表示资源可用。 (2) 一次允许m个进程进入临界区：同样利用信号量s，初值为m。P(s)和V(s)操作逻辑不变，但此时s的范围[-(k-m),…,-1,0,1,…,m]，表示最多m个进程可以同时在临界区内。 2. 死锁预防： 死锁是多个进程相互等待对方释放资源而无法继续执行的现象。针对题目中的交通路口模型，当四个路口的车辆形成循环等待时，会发生死锁。防止死锁的一种简单方法是采用银行家算法或资源预分配策略，例如设定信号量S1-S4，初值均为1，代表路口资源。通过限制P、V操作，确保任何时刻不会出现无法满足的资源请求，从而避免死锁。 3. 进程同步与超市购物算法： 超市购物场景中，市场科可以容纳100人同时购物，而入口和出口仅允许单人通过，篮子数量有限。这个问题可以通过信号量解决，设置三个信号量：S_entry（入口），S_basket（篮子），S_exit（出口），初值分别为1（表示允许一人进入）、100（篮子数量）、1（允许一人离开）。 - 进入：P(S_entry)，获取篮子P(S_basket)，进入购物区。 - 购物：购物完成后，将篮子放回V(S_basket)。 - 结账离开：P(S_exit)，离开购物区。 以上内容详细介绍了操作系统中关于进程互斥、死锁预防和进程同步的关键概念，是操作系统期末复习的重要内容。理解并掌握这些知识点，有助于深入理解操作系统的运行机制。