GATE-CS-2016 (Set 1) - 第31章

本章是 GATE-CS-2016(Set 1) 中的第31章，涵盖了操作系统的主要概念和实践。本章的重点是进程同步和互斥，以及它们在多线程编程环境下的应用。

1. 进程同步和互斥

进程同步和互斥是操作系统中的关键概念，它们用于控制并发程序中的访问共享资源的过程。在多个进程或线程同时访问共享资源时，它们必须在不相互干扰的情况下进行访问。因此，我们需要控制这些进程或线程的访问，以确保它们按照预期的顺序进行操作。

常见的进程同步和互斥技术包括信号量、互斥量和条件变量。信号量是一种计数器数据结构，用于控制对共享资源的访问，互斥量是一种二进制信号量，用于协调对共享资源的访问，条件变量用于线程之间的通信和协调。

2. 多线程编程环境

多线程编程环境是一种并发编程模型，其中程序由多个线程组成，每个线程都可以独立执行。多线程编程环境可以提高程序的性能和响应能力。但是，多线程编程环境可能产生各种问题，例如竞态条件、死锁和饥饿现象等。

为了避免这些问题，我们需要使用适当的同步技术，如线程同步和互斥技术。常见的线程同步和互斥技术包括互斥量、条件变量和读写锁等。

3. 代码示例

下面是一个使用互斥量进行线程同步的代码示例：

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

#define NUM_THREADS 5

pthread_mutex_t mutex;
int balance = 1000;

void *withdraw(void *arg) {
  pthread_mutex_lock(&mutex);
  int amt = rand() % balance;
  printf("Withdrawing %d\n", amt);
  balance -= amt;
  printf("New balance is %d\n", balance);
  pthread_mutex_unlock(&mutex);
  pthread_exit(NULL);
}

int main(int argc, char *argv[]) {
  pthread_t threads[NUM_THREADS];
  
  pthread_mutex_init(&mutex, NULL);
  
  for (int i = 0; i < NUM_THREADS; i++) {
    pthread_create(&threads[i], NULL, withdraw, NULL);
  }
  
  for (int i = 0; i < NUM_THREADS; i++) {
    pthread_join(threads[i], NULL);
  }
  
  pthread_mutex_destroy(&mutex);
  
  return 0;
}

在这个例子中，我们使用互斥量来控制对“balance”变量的访问，因此只有一个线程可以访问该变量。由于互斥量是二进制信号量，因此在一个线程访问变量时，其他线程将等待该线程释放锁。

4. 总结

本章介绍了进程同步和互斥的基本概念，以及在多线程编程环境中的应用。了解这些概念可以帮助程序员编写高效且正确的并发程序。在实践中，我们应该根据具体的问题选择适当的同步技术，并避免常见的问题，如死锁和饥饿现象。