并发控制：互斥与同步深入解析

"并发性互斥和同步-并发控制幻灯片" 这篇幻灯片讲述了并发执行的概念，特别是在多道程序设计系统中的应用。并发性是现代计算机系统中提高资源利用率和系统性能的重要手段。在单个处理机上，通过在不同时间段执行多个程序的不同部分，实现了宏观上的同时进行，这被称为并发执行。 **并发性的概念** 1. **程序的并发执行**：在多道程序设计系统中，多个程序在同一时间段内被激活，它们在宏观上看似乎是在同一时刻运行，但实际上在微观层面上，CPU是通过快速切换执行上下文来实现这种并行感。这种执行方式可以显著提高系统效率，因为它使得处理机在等待I/O操作完成时不会空闲。 2. **顺序执行的特性**：顺序性、封闭性和可再现性是程序顺序执行的基本特征。顺序性指指令严格按照程序设定的顺序执行，封闭性表示结果仅取决于初始条件，不考虑外部因素，可再现性则意味着相同的输入总是得到相同的结果。 **并发执行的影响** 3. **多道程序系统**：在这种系统中，每个程序逻辑上独立，但在资源有限的情况下，它们的执行速度会相互影响。随机性和资源共享性成为主要特点，即程序的开始时间和执行速度不可预测，并且所有资源都可能被多个程序共享。 4. **并发执行的类型**：包括多道程序系统中自然产生的并发以及程序内部的并发，如在特定情况下可以顺序或颠倒执行的代码段。 **并发带来的挑战** 5. **并发执行的困难**：并发导致了资源竞争、同步问题、进程通信、错误定位的复杂性以及处理器时间的分配问题。例如，多个进程可能会同时访问全局资源，这就需要同步机制来避免数据不一致性。 **并发性相关术语** 6. **并发性术语**：包括进程、线程、互斥、同步、信号量、临界区等，这些都是理解和管理并发系统的关键概念。例如，互斥是指对共享资源的独占访问，而同步则是协调进程之间的执行顺序，确保正确数据交换。 **并发原理** 7. **并发实现**：在操作系统层面，通过多道程序设计和结构化应用程序设计，将应用程序设计为一组并发进程。操作系统自身也常常以一组进程或线程的形式实现，以支持和管理这些并发活动。 总结来说，这篇幻灯片深入探讨了并发性及其在多道程序设计中的实现，强调了并发执行的优缺点以及由此引发的挑战，同时也提到了管理和控制并发的一些基本原理和技术。这些知识点对于理解操作系统和并发编程至关重要。