操作系统：并发进程与互斥同步详解

“操作系统：04第四章 互斥同步与通讯（1）.ppt” 操作系统中的并发进程、互斥、同步以及进程通信是系统管理多任务执行的关键概念。本资料详细介绍了这些概念。 首先，**并发进程**是操作系统中一个核心特征，指的是两个或多个进程在同一时间段内同时处于活动状态，但不一定是严格交替执行。这可以通过前驱图来描述进程之间的依赖关系。前驱图是一个有向无环图，其中每个节点代表一个进程或执行步骤，边表示一个进程必须在另一个进程之前完成。没有前驱的节点是初始节点，没有后继的节点是终止节点。这种图可以用来分析并发执行的可能性，无前驱关系的进程可以并发执行。 **内部顺序性**和**外部顺序性**是顺序程序的两个特性。内部顺序性保证了一个进程中指令的执行顺序，而外部顺序性则涉及多个进程的执行顺序。顺序程序设计具有连续性、封闭性和可再现性，即指令连续执行、资源独占且执行结果可预测。 然而，**并发程序**引入了**内部并发性**和**外部并发性**的概念。内部并发性是指一个程序内部的不同操作可以并发进行，例如，不同的计算步骤可以在同一时间开始。而外部并发性则是多个程序或进程同时运行。这种并发性打破了顺序程序的特性，如连续性和封闭性，可能导致资源竞争和不确定性。 **进程互斥**是保证在特定时间段内只有一个进程能访问共享资源的技术，以避免数据不一致。例如，进程P和Q在并发执行时，如果都试图修改变量N，就需要互斥机制确保同一时刻只有一个进程能执行修改操作（A1和B1）。互斥通常通过锁、信号量等机制实现。 **进程同步**是协调多个并发进程的行为，确保它们按预期顺序执行，防止竞态条件和死锁。同步机制包括信号量、管程、条件变量等。 **进程高级通信**则是进程间交换信息的方式，如管道、消息队列、共享内存、套接字等。通信使得进程能够协调工作，交换数据，实现更复杂的并发行为。 在实际操作系统中，理解并有效地利用这些概念对于优化系统性能、确保程序正确性和提高资源利用率至关重要。通过前驱图分析、互斥与同步机制的应用，以及合适的进程通信方式选择，开发者可以设计出高效、稳定的并发程序。