进程同步与互斥：操作系统核心技术详解

本教学课件主要探讨的是操作系统中的重要概念——进程同步。在第六章，内容围绕进程的互斥和同步展开，这是多任务环境下的关键主题，旨在确保并发进程的正确协调和资源的有效利用。进程互斥是指多个进程对同一资源的访问必须是互斥进行，以避免数据竞争和不一致性。而进程同步则是通过控制进程的执行顺序，使得并发执行的进程能在适当的时间进入或退出临界区，确保资源的访问秩序。 "临界资源"是课程的核心概念，它指的是一次仅允许一个进程使用的共享资源，如打印机、数据库连接等。为了实现互斥，课件介绍了两种方法：软件方法和硬件方法。软件方法通常使用信号量来管理临界区，这是一种简单的计数机制，用来控制对临界资源的访问。信号量可以被设置为正数（表示可用资源数量），负数（表示等待队列）或零（表示不可访问）。经典的同步问题包括生产者消费者问题、读者写者问题等，这些都被作为案例来分析。 管程（Monitor）是另一种高级同步工具，它提供了更复杂且安全的并发控制，通过封装一组相关操作和状态，为并发进程提供了一种更为直观和安全的编程接口。课程中通过简化后的售票系统例子，展示了进程互斥和同步的重要性，以及可能出现的问题，如共享全局变量的无保护访问导致的数据不一致。 例如，第一个简化售票系统例子中，通过BACI（Berkeley Advanced Course in Interprocess Communication）工具观察并发进程执行结构，展示了并发环境中的并发行为。第二个例子进一步分析了共享全局变量（如整型变量n）的不当控制导致的错误，强调了访问控制在并发程序设计中的必要性。 在6.1节的背景部分，可能涉及进程同步的概念历史、理论基础以及其在现代操作系统中的应用，帮助学生理解为何进程同步在并发系统设计中如此关键，以及它如何解决并发中的复杂性。 这一课件深入浅出地讲解了进程同步的基本原理，通过实例和理论相结合的方式，使学习者能够掌握在操作系统中管理和控制并发进程的关键技术。