并发控制：进程同步与互斥原理及应用

"本资料是关于并发控制的练习题参考解答，主要涉及互斥与同步的概念，通过一个家庭成员并发执行放水果的例子进行说明。标签包括第3章的并发控制内容，如前趋图、信号量、管程和进程通信。讲解了同步是进程之间的协同工作，互斥是资源竞争的限制，以及前趋图作为描述进程执行关系的工具。" 在多道程序设计环境中，进程的并发执行带来了两种关键的制约关系：同步和互斥。同步是指进程中某些部分需要协同工作以共同完成任务，它们在特定点上需要互相等待并交换信息。例如，爸爸和妈妈进程需要协作放水果，但又需要在盘子为空时才能执行放入水果的操作。这种情况下，进程间的协作就体现了同步的概念。 互斥则是指多个进程竞争一个需要独占使用的资源，如打印机或在这个例子中的盘子。当资源被一个进程占用时，其他试图访问该资源的进程必须等待，直到资源被释放。互斥是保证数据一致性，防止资源争用导致错误的重要机制。在并发执行时，如果两个进程同时进入临界区（对共享资源的访问区域），可能会引发数据不一致的问题。 为了更好地理解和管理这些制约关系，前趋图（Precedence Graph）被引入。前趋图是一个有向无环图，用于表示进程或程序段之间的执行顺序关系。结点代表进程或程序段，有向边表示前趋关系，即一个进程或操作必须在另一个之前完成。例如，爸爸放水果可能需要在女儿吃完水果之后，这样的关系可以通过前趋图清晰地表达出来。 此外，控制并发进程的同步与互斥，可以利用信号量机制。信号量是一种同步原语，用来管理临界区，确保只有一个进程能够进入。当信号量为0时，表示资源不可用，试图访问的进程会被挂起，直到信号量变为非零。管程是另一种高级同步机制，它提供了一个结构化的环境来管理共享资源和同步进程。 本资料通过实际场景和理论概念相结合的方式，深入浅出地阐述了并发控制中的互斥与同步问题，对于理解和解决多进程环境下的并发问题具有重要的指导意义。