进程同步：信号量法详解与应用

"本文主要介绍了互斥与同步的解决方法之一——信号量法，以及进程与并发的相关概念。" 在操作系统中，进程并发控制是非常关键的一环，它涉及到多个程序在共享资源时如何协调执行。其中，信号量机制是解决进程同步和互斥的有效工具。信号量是一个整型变量，通过wait（S）和signal（S）两个原子操作（也称P、V操作）来管理。wait（S）操作用于请求资源，如果信号量值大于0，则资源可用，进程可以继续执行并减小信号量；若值小于等于0，则进程被阻塞。而signal（S）操作则释放资源，增加信号量值，可能唤醒等待的进程。 在多道程序设计环境下，系统需要处理多个并发执行的进程。进程的生命周期包括创建、就绪、运行和终止等状态，操作系统通过进程控制块（PCB）来描述和控制进程。进程间通信（IPC）是解决进程协同工作的重要手段，比如在飞机订票系统的例子中，两个并发进程T1和T2需要共享资源（如剩余票数），这时就需要同步机制防止数据不一致。如果并发进程直接读写共享数据，可能会导致数据竞争问题，例如T1和T2同时读取并减少票数，可能会使票数出现负数，此时就需要信号量等同步原语来确保互斥访问。 进程调度是操作系统中的核心任务，其目标是合理分配CPU时间，保证各个进程公平且高效地执行。调度策略根据系统需求不同而变化，例如先来先服务（FCFS）、短作业优先（SJF）等。同时，对于其他资源，如磁盘、打印机等，操作系统采用申请-分配-使用-回收的策略，只有在拥有CPU时才能申请，否则进程需要等待。 并发概念分为应用级并发和系统级并发。应用级并发关注的是多个应用程序的并发执行，而系统级并发关注的是操作系统内多个软件组件的并发执行。在并发环境中，程序的执行不再是严格的顺序执行，而是呈现出一种交错和不确定的顺序，这需要通过前趋图等工具来描述和分析并发执行中的依赖关系。 信号量机制在处理进程间的互斥和同步问题时起着关键作用，而进程并发控制是操作系统设计的基础，它涵盖了进程状态转换、调度、通信等多个方面，对于理解和优化系统性能至关重要。