操作系统之同步与互斥的基本概念

1. 同步的基本概念

定义：同步是指在多个并发执行的进程或线程之间协调其行为，以使它们能够正确地相互合作。在计算机科学中，同步通常指对共享资源进行访问控制，以避免竞争条件和死锁等问题。
实现方式：为了实现同步，操作系统提供了多种方式，如信号量、互斥锁、条件变量和读写锁等。这些同步机制可以有效地避免竞争条件和死锁等问题，并提高系统的性能和可靠性。

2. 互斥的基本概念

定义：互斥是指某一资源同时只允许一个访问者对其进行访问，具有唯一性和排它性。但互斥无法限制访问者对资源的访问顺序，即访问是无序的。
实现方式：互斥通常通过互斥锁来实现。当一个线程需要独占地访问共享资源时，它必须先获取一个互斥锁。如果互斥锁已经被其他线程持有，则该线程会被阻塞，直到互斥锁可用为止。当线程完成对共享资源的访问时，它必须释放该互斥锁，以便其他线程可以获得它。

3. 同步与互斥的关系及区别

关系：同步和互斥是紧密相关的概念，在多任务操作系统中，同步机制通常建立在互斥的基础上，以确保并发进程之间正确地协调和合作。
区别：同步主要关注的是进程或线程之间的协作关系，即它们需要按照某种特定的顺序来执行。而互斥主要关注的是对共享资源的访问控制，即确保同一时间只有一个进程或线程可以访问某个资源。

4. 同步与互斥在操作系统中的应用

竞争条件避免：在操作系统中，多个进程或线程可能会同时访问共享资源，如内存、文件等。通过同步和互斥机制，可以避免竞争条件的发生，确保数据的正确性和一致性。
死锁预防：死锁是指两个或更多进程无限期地等待对方释放所需的资源。通过合理的同步和互斥策略，可以预防死锁的发生，提高系统的稳定性和可用性。例如，在使用信号量进行同步时，需要确保semWait和semSignal操作成对出现，以避免死锁。