教资会网络 | UGC NET CS 2015 年 12 月 – III |问题 71

本题涉及操作系统中的进程同步问题，需要程序员了解操作系统中进程同步的相关概念和技术。

进程同步

进程

进程是程序执行过程中分配和管理资源的最小单位。每个进程都拥有自己的地址空间，包括代码段、数据段、堆栈等，可以独立地执行、中止或挂起。进程之间可以互相通信、协作，但同时也会产生竞争和冲突。

同步

同步是指不同进程或线程之间为了完成某个任务而需要彼此协作，以实现相互合作的行为。进程同步就是为了避免进程之间的竞争和冲突而采取的一系列措施。

进程同步的方式

常用的进程同步方式包括互斥锁、信号量、条件变量等。

• 互斥锁：互斥锁是一种保护共享数据访问的机制，它能够确保同一时间只有一个进程或线程可以访问共享数据。当一个进程或线程占用互斥锁时，其他进程或线程就不能再次占用该锁。
• 信号量：信号量是一种计数器，它用于在多进程或多线程之间控制并发访问共享资源的数量。信号量的值可以用于表示可用的资源数，每次进程或线程使用资源后，信号量的值就会减一，释放资源时就会加一。当信号量的值为零时，其他进程或线程就应该等待，直到信号量的值变为非零。
• 条件变量：条件变量是一种等待/通知机制，它允许一个进程或线程等待另一个进程或线程的信号通知，以决定何时继续执行。当条件变量与互斥锁结合使用时，它可以防止死锁的发生。

示例代码

以下是使用互斥锁实现进程同步的示例代码：

#include <pthread.h>
#include <stdio.h>

pthread_mutex_t mymutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

void *mythread(void *arg)
{
  pthread_mutex_lock(&mymutex); // 获取互斥锁
  printf("Thread %d in critical section\n", arg);
  pthread_mutex_unlock(&mymutex); // 释放互斥锁
  return NULL;
}

int main()
{
  pthread_t tid1, tid2;

  pthread_create(&tid1, NULL, mythread, (void *) 1);
  pthread_create(&tid2, NULL, mythread, (void *) 2);

  pthread_join(tid1, NULL);
  pthread_join(tid2, NULL);

  return 0;
}

在上述代码中，两个线程都会访问临界区（即 printf 函数），但是由于使用了互斥锁进行同步，因此只有一个线程能够进入临界区执行，另一个线程需要等待前一个线程释放互斥锁后才能进入临界区。