一、同步與互斥

????????在線程并發執行的過程中，進程/線程之間存在協作的關系，例如有互斥、同步的關系。為了實現進程/線程間正確的協作，操作系統必須提供實現進程協作的措施和方法，主要的方法有兩種：

• 鎖：加鎖、解鎖操作；
• 信號量：P、V 操作；

1. 鎖

????????使用加鎖操作和解鎖操作可以解決并發線程/進程的互斥問題。任何想進入臨界區的線程，必須先執行加鎖操作。若加鎖操作順利通過，則線程可進入臨界區；在完成對臨界資源的訪問后再執行解鎖操作，以釋放該臨界資源。

【面試八股總結】鎖：互斥鎖、自旋鎖、讀寫鎖、樂觀鎖、悲觀鎖-CSDN博客https://blog.csdn.net/rabbit_qi/article/details/139455231?spm=1001.2014.3001.5501

2. 信號量

????????信號量是操作系統提供的一種協調共享資源訪問的方法。通常信號量表示資源的數量，對應的變量是一個整型（sem）變量。另外，還有兩個原子操作的系統調用函數來控制信號量的，分別是：

• P 操作：將?sem?減?1，相減后，如果?sem < 0，則進程/線程進入阻塞等待，否則繼續，表明 P 操作可能會阻塞；
• V 操作：將?sem?加?1，相加后，如果?sem <= 0，喚醒一個等待中的進程/線程，表明 V 操作不會阻塞；

P 操作是用在進入臨界區之前，V 操作是用在離開臨界區之后，這兩個操作是必須成對出現的。

二、經典問題

1.?哲學家就餐問題

問題描述:

• 5?個哲學家，圍繞著一張圓桌吃面；
• 桌子只有?5?支叉子，每兩個哲學家之間放一支叉子；
• 哲學家圍在一起先思考，思考中途餓了就會想進餐；
• 這些哲學家要兩支叉子才愿意吃面，也就是需要拿到左右兩邊的叉子才進餐；
• 吃完后，會把兩支叉子放回原處，繼續思考；

如何保證哲學家們的動作有序進行，而不會出現有人永遠拿不到叉子呢？

2.?讀者-寫者問題

問題描述：

讀者只會讀取數據，不會修改數據，而寫者即可以讀也可以修改數據。

• 「讀-讀」允許：同一時刻，允許多個讀者同時讀
• 「讀-寫」互斥：沒有寫者時讀者才能讀，沒有讀者時寫者才能寫
• 「寫-寫」互斥：沒有其他寫者時，寫者才能寫

3. 生產者-消費者問題

問題描述：

• 生產者在生成數據后，放在一個緩沖區中；
• 消費者從緩沖區取出數據處理；
• 任何時刻，只能有一個生產者或消費者可以訪問緩沖區；

分析問題得出：

• 任何時刻只能有一個線程操作緩沖區，說明操作緩沖區是臨界代碼，需要互斥；
• 緩沖區空時，消費者必須等待生產者生成數據；
• 緩沖區滿時，生產者必須等待消費者取出數據，說明生產者和消費者需要同步。

需要三個信號量，分別是：

• 互斥信號量?mutex：用于互斥訪問緩沖區，初始化值為 1；
• 資源信號量?fullBuffers：用于消費者詢問緩沖區是否有數據，有數據則讀取數據，初始化值為 0（表明緩沖區一開始為空）；
• 資源信號量?emptyBuffers：用于生產者詢問緩沖區是否有空位，有空位則生成數據，初始化值為 n （緩沖區大小）；