并发控制解析：互斥与同步原理

"这篇资料是关于并发控制的附加练习参考解答，主要涉及互斥与同步的概念。文中通过信号量机制来实现对阅览室空机数和登记本使用权限的管理，以此来阐述如何解决并发环境下的资源竞争问题。" 本文讨论的是并发控制中的核心概念——互斥与同步。在多道程序环境中，进程之间的相互制约关系分为两种类型：同步和互斥。同步是指进程间为了协作完成一项任务而进行的协调，它们在关键点上互相等待，进行消息传递。而互斥则是指多个进程对同一资源的竞争，当资源被占用时，其他进程必须等待资源的释放。 为了更好地理解这两个概念，文章引用了前趋图这一工具。前趋图是一个有向无环图，用来表示进程之间的执行顺序关系。如果进程A必须在进程B之前执行，那么在图中就有从A到B的边。前趋图有助于分析和设计并发系统中的进程调度。 在实际应用中，文章提到了信号量机制，这是一种用于解决进程同步和互斥的技术。在这里，设置了一个名为`empty`的信号量，表示阅览室的空机数，初始值为30，确保不超过这个数量的进程可以同时使用资源。另一个信号量`mutex`代表登记本的使用权，其初始值为1，确保一次只有一个进程可以访问登记本，实现了对登记操作的互斥访问。 信号量`empty`的使用体现了进程间的同步，当一个进程使用完空机后，会释放一个空位，通过`V(empty)`操作增加信号量的值，让其他等待的进程有机会进入。而`mutex`则确保了临界区的互斥，进程在进入登记操作前先执行`P(mutex)`，如果信号量值为0，则进程会被阻塞，直到其他进程完成登记并调用`V(mutex)`恢复信号量的值。 此外，文中还强调了进程互斥的重要性，特别是在处理临界资源时。例如，如果多个进程同时访问打印机，可能会导致打印混乱。因此，必须通过某种机制（如信号量）来确保一次只有一个进程能访问打印机，从而避免资源竞争引发的问题。 本章节主要讲述了并发控制中的基本概念，通过实例展示了如何利用信号量来实现进程的同步与互斥，这对于理解和设计多进程系统至关重要。在实际的系统设计中，正确地应用这些机制可以有效避免数据不一致性和提高系统的整体效率。