进程同步和互斥

临界资源：各进程间需要以互斥方式对其进行访问的资源。

临界区：指进程中对临界资源实施操作的那段程序。本质是一段程序代码。

◆互斥：某资源(即临界资源) 在同一时间内只能由一个任务单独使用，使用时需要加锁，使用完后解锁才能被其他任务使用； 如打印机。

◆同步：多个任务可以并发执行，只不过有速度上的差异，在一定情况下停下等待，不存在资源是否单独或共享的问题； 如自行车和汽车。

◆互斥信号量：对临界资源采用互斥访问，使用互斥信号量后其他进程无法访问，初值为1。

◆同步信号量：对共享资源的访问控制，初值一般是共享资源的数量。

◆P操作: 申请资源, S=S-1, 若S>=0, 则执行P操作的进程继续执行; 若S<0, 则置该进程为阻塞状态(因为无可用资源) ，并将其插入阻塞队列。

◆ V操作: 释放资源, S=S+1, 若S>0, 则执行V操作的进程继续执行; 若S<=0,则从阻塞状态唤醒一个进程，并将其插入就绪队列(此时因为缺少资源被P操作阻塞的进程可以继续执行) ，然后执行V操作的进程继续。

进程调度

进程调度方式是指当有更高优先级的进程到来时如何分配CPU。分为可剥夺和不可剥夺两种，可剥夺指当有更高优先级进程到来时，强行将正在运行进程的CPU分配给高优先级进程； 不可剥夺是指高优先级进程必须等待当前进程自动释放CPU。

在某些操作系统中，一个作业从提交到完成需要经历高、中、低三级调度。

(1) 高级调度。高级调度又称“长调度”  “作业调度”或“接纳调度”，它决定处于输入池中的哪个后备作业可以调入主系统做好运行的准备，成为一个或一组就绪进程。在系统中一个作业只需经过一次高级调度。

(2) 中级调度。中级调度又称“中程调度”或“对换调度”，它决定处于交换区中的哪个就绪进程可以调入内存，以便直接参与对CPU的竞争。

(3) 低级调度。低级调度又称“短程调度”或“进程调度”，它决定处于内存中的哪个就绪进程可以占用CPU。低级调度是操作系统中最活跃、最重要的调度程序，对系统的影响很大。

调度算法：

先来先服务FCFS：先到达的进程优先分配CPU。用于宏观调度。

时间片轮转：分配给每个进程CPU时间片，轮流使用CPU，每个进程时间片大小相同，很公平，用于微观调度。

优先级调度：每个进程都拥有一个优先级，优先级大的先分配CPU。

多级反馈调度：时间片轮转和优先级调度结合而成，设置多个就绪队列

1，2，3…n，每个队列分别赋予不同的优先级，分配不同的时间片长度； 新进程先进入队列1的末尾，按FCFS原则，执行队列1的时间片； 若未能执行完进程，则转入队列2的末尾，如此重复。

死锁

当一个进程在等待永远不可能发生的事件时，就会产生死锁，若系统中有多个进程处于死锁状态，就会造成系统死锁。

死锁产生的四个必要条件：资源互斥、每个进程占有资源并等待其他资源、系统不能剥夺进程资源、进程资源图是一个环路。

死锁产生后，解决措施是打破四大条件，有下列方法：

死锁预防：采用某种策略限制并发进程对于资源的请求，破坏死锁产生的四个条件之一，使系统任何时刻都不满足死锁的条件。

死锁避免：一般采用银行家算法来避免，银行家算法，就是提前计算出一条不会死锁的资源分配方法，才分配资源，否则不分配资源，相当于借贷，考虑对方还得起才借钱，提前考虑好以后，就可以避免死锁。

死锁检测：允许死锁产生，但系统定时运行一个检测死锁的程序，若检测到系统中发生死锁，则设法加以解除。

死锁解除：即死锁发生后的解除方法，如强制剥夺资源，撤销进程等。

死锁资源计算：系统内有n个进程，每个进程都需要R个资源，那么其发生死锁的最大资源数为n*(R-1)。其不发生死锁的最小资源数为n*(R-1)+1.

线程

传统的进程有两个属性：可拥有资源的独立单位； 可独立调度和分配的基本单位。

引入线程的原因是进程在创建、撤销和切换中，系统必须为之付出较大的时空开销，故在系统中设置的进程数目不宜过多，进程切换的频率不宜太高，这就限制了并发程度的提高。引入线程后，将传统进程的两个基本属性分开，线程作为调度和分配的基本单位，进程作为独立分配资源的单位。用户可以通过创建线程来完成任务，以减少程序并发执行时付出的时空开销。

线程是进程中的一个实体，是被系统独立分配和调度的基本单位。线程基本上不拥有资源，只拥有一点运行中必不可少的资源(如程序计数器、一组寄存器和栈) ，它可与同属一个进程的其他线程共享进程所拥有的全部资源，例如进程的公共数据、全局变量、代码、文件等资源，但不能共享线程独有的资源，如线程的栈指针等标识数据。