lab7同步互斥原理
fork（）是怎么实现的
多进程并发运行，导致多个进程间有资源共享，比如CPU、内存，因此存在不确定性和不可重现，可能导致多次运行结果不一致。因此操作系统需要利用同步机制在并发执行的同时，保证一些操作是原子操作。
原子操作是指一次不存在任何中断或失败的操作
类比事务的原子性：要么操作成功完成，要么操作没有执行，不会出现部分执行的状态。
互斥是指一个进程占用了某个资源，其他进程都不能使用该资源；死锁是指多个进程各占有了一部分资源，形成了循环等待；饥饿是指其他进程轮流占用资源，一个进程一直得不到资源。
进程同步方法
1、临界区
同步：协调多线程对共享数据的访问，任何时刻只能有一个线程执行临界区代码
临界区实现方式（实现进程同步的方法）：
一，禁用中断，进入临界区后不响应中端；（仅限于单处理器）
二，软件方式，共享变量协调；（比较复杂）
Peterson算法（适用于两个进程之间）
turn表示谁进入临界区，flag【】表示进程是否准备好进入临界区
如果多个进程之间的同步问题，flag就会变多，turn只有一个
三，借用操作系统提供高级的抽象编程方法——原子操作指令（单处理器或多处理器均可）
更高级的抽象方法实际是借助硬件的同步原语来实现的。硬件提供了一些同步原语，包括中断禁用、原子操作指令等，**从硬件上保证多个操作的原子性。**实现方式有锁、信号量。
2、锁
锁是一个抽象的数据结构，由一个二进制变量（锁定/解锁）和两个操作原语（锁的请求和锁的释放）组成。二进制变量用于标志锁的状态，**锁的请求使锁在被释放前一直等待，并且使进程得到锁，这两者是原子的，释放锁时唤醒其他等待锁的进程。**内部基于CPU体系结构提供的一些特殊的原子操作指令，这些指令把若干个指令合并为一次原子操作，保证不会出现部分执行的状态。这些原子操作指令包括测试和置位指令（Test-and-Set，即TS指令，返回内存地址中的值，并将其置为1）、交换指令（交换内存中的两个值）。
基于TS指令可以实现如下图所示的自旋锁，自旋锁的缺点是线程等待时消耗CPU时间。
针对自旋锁的问题，出现了无忙等待锁，当锁已经被占用时，将自身线程放入等待队列，并调用调度程序。当其他线程释放锁时会将所有等待中的线程重新唤醒。
上面的锁使用TS原子指令来实现的，也可以用交换指令（原子指令）来实现。
3、信号量
信号量与管程也是进程间通信的方式。信号量是与锁在同一层级实现的，是操作系统提供的一种协调共享资源访问的方法。信号量由操作系统管理，操作系统作为管理者地位是高于进程的。
信号也是一种抽象的数据类型，由一个整型变量（sem）和两个原子操作组成。P()操作使sem减一，若sem<0进入等待，否则继续。V()操作使sem加一，如果加一后sem仍然小于等于零，代表还有线程在等待使用资源，此时就唤醒一个等待进程。因此信号量实际是一个被保护的整型变量，只能通过PV进行操作，操作系统保证PV操作的原子性。通常假定信号量是公平的，线程不会无线阻塞在P操作，可以假定信号量等待时按照先进先出排队的。而自旋锁是无法实现先进先出的，因为它需要占用CPU资源不停查询锁是否空闲，无法指定进入临界区的顺序。
生产者-消费者问题
信号量存在如下问题
4、管程（条件变量）
管程是一种用于多线程互斥访问共享资源的程序结构，采用面向对象的方法，简化线程间的同步控制，保证任意时刻最多只有一个线程执行管程代码，管程与临界区的区别是在管程中的线程可临时放弃管程的互斥访问，等待事件出现时恢复，而临界区只有线程退出临界区才能放弃互斥访问。
经典问题
1、哲学家就餐问题
用信号量来给出的方案
