进程同步与互斥：从面包购买问题看P、V操作

"这篇资料主要讨论了操作系统中的进程管理和资源共享问题，特别是进程的同步与互斥机制。文章强调了任何进程无权停止其他进程运行的原则，并介绍了如何解决进程互斥，包括平等协商（主动锁资源）和引入进程管理者（如P、V操作）的方法。此外，还提到了进程间直接作用（同步）和间接作用（互斥）的概念，以及临界资源和临界区的重要性。" 在操作系统中，进程是程序在执行过程中的一个实例，它们可以并发执行以提高系统资源的利用率。然而，当多个进程共享资源时，可能会引发一系列问题。例如，进程间的同步是指某些进程需要按照特定顺序或依赖关系执行，而互斥则是确保在同一时刻只有一个进程能访问特定的临界资源。 进程的同步是直接作用的一种体现，比如在网络视频播放中，播放器进程需要等待数据缓冲区填充到一定程度才能流畅播放。同步机制可以通过信号量（如P、V操作）实现，其中P操作表示请求资源，V操作表示释放资源。在P操作中，如果资源不可用，进程会被阻塞等待；而在V操作后，如果等待队列中有进程，会唤醒其中一个进入就绪状态。 另一方面，互斥是间接作用的核心，比如在多用户打印系统中，一次只能有一个进程使用打印机。临界区是每个进程中涉及共享资源的代码段，为了防止多个进程同时进入临界区，需要遵循互斥原则，确保有空让进（当无进程在使用时允许进入）和无空等待（不允许进程无限期等待进入）。 在实现互斥时，可以采用自旋锁或信号量等机制。自旋锁会让等待的进程在原地循环检查资源是否可用，而信号量则会将等待的进程放入队列，由操作系统调度。P、V操作（Wait和Signal操作）是Dijkstra提出的信号量机制，P操作相当于Wait，V操作相当于Signal，它们用于控制对共享资源的访问。 操作系统通过进程同步和互斥机制保证了进程的正确执行和资源的有效利用，避免了数据的不一致性及死锁等问题。理解并熟练运用这些概念对于设计和优化并发系统至关重要。