进程互斥
由于各进程要求共享资源，而且有些资源需要互斥使用，因此各进程间竞争使用这些资源，进程的这种关系为进程的互斥。系统中某些资源一次只允许一个进程使用，称这样的资源为临界资源或互斥资源。在进程中涉及到互斥资源的程序段叫临界区。
进程同步
进程同步指的是多个进程需要相互配合共同完成一项任务。
进程间通信目的
数据传输：一个进程需要将它的数据发送给另一个进程
资源共享：多个进程之间共享同样的资源。
通知事件：一个进程需要向另一个或一组进程发送消息，通知它（它们）发生了某种事件（如进程终止时要通知父进程）。
进程控制：有些进程希望完全控制另一个进程的执行（如Debug进程），此时控制进程希望能够拦截另一个进程的所有陷入和异常，并能够及时知道它的状态改变。
死锁
死锁是指多个进程之间相互等待对方的资源，而在得到对方资源之前又不释放自己的资源，这样，造成循环等待的一种现象。如果所有进程都在等待一个不可能发生的事，则进程就死锁了。
死锁产生的必要条件
互斥条件
进程对资源进行排它性使用，即在一段时间内某资源仅为一个进程所占用。
请求和保持条件
当进程因请求资源而阻塞时，对已获得的资源保持不放。
不可剥夺条件
进程已获得的资源在未使用完之前，不能被剥夺，只能在使用完时由自己释放。
环路等待条件
各个进程组成封闭的环形链，每个进程都等待下一个进程所占用的资源
防止死锁办法
资源一次性分配：破坏请求和保持条件
可剥夺资源：破坏不可剥夺条件
资源有序分配法：破坏循环等待条件
死锁避免
预防死锁的几种策略，会严重地损害系统性能。因此在避免死锁时，要施加较弱的限制，从而获得较满意的系统性能。由于在避免死锁的策略中，允许进程动态地申请资源。因而，系统在进行资源分配之前预先计算资源分配的安全性。若此次分配不会导致系统进入不安全状态，则将资源分配给进程；否则，进程等待。其中最具有代表性的避免死锁算法是银行家算法。
银行家算法的思想就是尝试进行资源的分配，如果资源的分配进入了不安全状态，就撤销资源的分配，使得进程处于等待的状态，否则就进行资源的分配。
哲学家就餐问题
五个哲学家围在一个圆桌就餐，每个人都必须拿起两把叉子才能用餐
哲学家就餐问题解法
服务生解法 相当于是引入一个中间层
最多4个哲学家同时去拿取筷子
仅当一个哲学家两边筷子都可用时才允许他拿筷子 相当于是一次性分配好所有的资源
给所有哲学家编号，奇数号的哲学家必须首先拿左边的筷子，偶数号的哲学家则反之
信号量
信号量
互斥：P、V在同一个进程中
同步：P、V在不同进程中
信号量值含义
S>0：S表示可用资源的个数
S=0：表示无可用资源，无等待进程
S<0：|S|表示等待队列中进程个数 阻塞在信号量的进程
用伪代码表示就是
struct semaphore
{ int value; //如果是1，相当于是一个竞争锁，起到资源竞争的作用了。
pointer_PCB queue; }
P原语 消耗资源 加锁 临界资源 临界区
P(s)
{
s.value = s.value--;
if (s.value < 0)
{
该进程状态置为等待状状态
将该进程的PCB插入相应的等待队列s.queue末尾
}
}
V原语 归还资源 解锁 临界资源 临界区
V(s)
{
s.value = s.value++;
if (s.value < =0)
{
唤醒相应等待队列s.queue中等待的一个进程
改变其状态为就绪态
并将其插入就绪队列
}
}
PV 操作从硬件级别是如何实现的， 关中断。
struct semid_ds { // 信号量结构体 linux维护的一个信号量结构体
struct ipc_perm sem_perm; /* Ownership and permissions */
time_t sem_otime; /* Last semop time */
time_t sem_ctime; /* Last change time */
unsigned short sem_nsems; /* No. of semaphores in set */
};
信号量集函数
int semget(key_t key, int nsems, int semflg);
int semctl(int semid, int semnum, int cmd, ...);
int semop(int semid, struct sembuf *sops, unsigned nsops);
semget函数用来创建和访问一个信号量集
int semget(key_t key, int nsems, int semflg);
key: 信号集的名字
nsems:信号集中信号量的个数
semflg: 由九个权限标志构成，它们的用法和创建文件时使用的mode模式标志是一样的
返回值：成功返回一个非负整数，即该信号集的标识码；失败返回-1
semop函数用来操作信号量集合 PV 操作
int semop(int semid, struct sembuf *sops, unsigned nsops);
semid:是该信号量的标识码，也就是semget函数的返回值
sops:是个指向一个结构数值的指针
nsops:信号量的个数
返回值：成功返回0；失败返回-1
semop函数续
sembuf结构体：
struct sembuf {
short sem_num;
short sem_op;
short sem_flg; //默认设置为0就是阻塞的情况
};
sem_num是信号量的编号。
sem_op是信号量一次PV操作时加减的数值，一般只会用到两个值，一个是“-1”，也就是P操作，等待信号量变得可用；另一个是“+1”，也就是我们的V操作，发出信号量已经变得可用
sem_flag的两个取值是IPC_NOWAIT或SEM_UNDO
shmctl函数 用于控制信号量集
int semctl(int semid, int semnum, int cmd, ...);
semid: 由semget返回的信号集标识码
semnum: 信号集中信号量的序号
cmd: 将要采取的动作（有三个可取值）
最后一个参数根据命令不同而不同
成功返回0；失败返回-1
信号量的操作很繁琐，因此需要设计一套API出来，方便操作控制
//创建信号量 int sem_creat(key_t key) { int semid = semget(key, 1, 0666 | IPC_CREAT | IPC_EXCL); if(semid == -1) { perror("semger"); if(errno == EEXIST) { printf("检测到信号量已经存在了!\n"); return 0; } } } //获取信号量 int sem_open(key_t key) { int semid = semget(key, 1, 0666); if(semid == -1) { perror("semger"); return -1; } } //设置信号量的个数 int sem_setval(int semid, int val) { union semun su; su.val = val; return semctl(semid, 0, SETVAL, su); } //获取信号量的个数 int sem_getval(int semid) { return semctl(semid, 0, GETVAL); } //信号量的P操作 int sem_p(int semid) { struct sembuf buf; buf.sem_num = 0; buf.sem_op = -1; buf.sem_flg = 0; return semop(semid, &buf, 1); } //信号量的V操作 int sem_v(int semid) { struct sembuf buf; buf.sem_num = 0; buf.sem_op = +1; buf.sem_flg = 0; return semop(semid, &buf, 1); } //在设置信号量个数的时候需要用到的数据结构 union semun { int val; // Value for SETVAL struct semid_ds *buf; // Buffer for IPC_STAT, IPC_SET unsigned short *array; // Array for GETALL, SETALL struct seminfo *__buf; // Buffer for IPC_INFO(Linux-specific) };
sem_flg 为IPC_NOWAIT 表示为非阻塞的方式
sem_flg 为SEM_UNDO, 如果执行了一个P操作，如果进程死掉了后者是结束了没有执行V操作，可以自动恢复成原来的状况，要不然就会少了一个资源使用量。是操作系统进行管理的V操作。