【面试八股总结】线程/进程同步问题
一、同步与互斥
在线程并发执行的过程中，进程/线程之间存在协作的关系，例如有互斥、同步的关系。为了实现进程/线程间正确的协作，操作系统必须提供实现进程协作的措施和方法，主要的方法有两种：
- 锁：加锁、解锁操作；
- 信号量：P、V 操作；
1. 锁
使用加锁操作和解锁操作可以解决并发线程/进程的互斥问题。任何想进入临界区的线程，必须先执行加锁操作。若加锁操作顺利通过，则线程可进入临界区；在完成对临界资源的访问后再执行解锁操作，以释放该临界资源。
【面试八股总结】锁：互斥锁、自旋锁、读写锁、乐观锁、悲观锁-CSDN博客
https://blog.csdn.net/rabbit_qi/article/details/139455231?spm=1001.2014.3001.5501
2. 信号量
信号量是操作系统提供的一种协调共享资源访问的方法。通常信号量表示资源的数量，对应的变量是一个整型（sem）变量。另外，还有两个原子操作的系统调用函数来控制信号量的，分别是：
- P 操作：将
sem减1，相减后，如果sem < 0，则进程/线程进入阻塞等待，否则继续，表明 P 操作可能会阻塞； - V 操作：将
sem加1，相加后，如果sem <= 0，唤醒一个等待中的进程/线程，表明 V 操作不会阻塞；
P 操作是用在进入临界区之前，V 操作是用在离开临界区之后，这两个操作是必须成对出现的。
二、经典问题
1. 哲学家就餐问题
问题描述:
5个哲学家，围绕着一张圆桌吃面；- 桌子只有
5支叉子，每两个哲学家之间放一支叉子； - 哲学家围在一起先思考，思考中途饿了就会想进餐；
- 这些哲学家要两支叉子才愿意吃面，也就是需要拿到左右两边的叉子才进餐；
- 吃完后，会把两支叉子放回原处，继续思考；
如何保证哲学家们的动作有序进行，而不会出现有人永远拿不到叉子呢？
2. 读者-写者问题
问题描述：
读者只会读取数据，不会修改数据，而写者即可以读也可以修改数据。
- 「读-读」允许：同一时刻，允许多个读者同时读
- 「读-写」互斥：没有写者时读者才能读，没有读者时写者才能写
- 「写-写」互斥：没有其他写者时，写者才能写
3. 生产者-消费者问题
问题描述：
- 生产者在生成数据后，放在一个缓冲区中；
- 消费者从缓冲区取出数据处理；
- 任何时刻，只能有一个生产者或消费者可以访问缓冲区；
分析问题得出：
- 任何时刻只能有一个线程操作缓冲区，说明操作缓冲区是临界代码，需要互斥；
- 缓冲区空时，消费者必须等待生产者生成数据；
- 缓冲区满时，生产者必须等待消费者取出数据，说明生产者和消费者需要同步。
需要三个信号量，分别是：
- 互斥信号量
mutex：用于互斥访问缓冲区，初始化值为 1； - 资源信号量
fullBuffers：用于消费者询问缓冲区是否有数据，有数据则读取数据，初始化值为 0（表明缓冲区一开始为空）； - 资源信号量
emptyBuffers：用于生产者询问缓冲区是否有空位，有空位则生成数据，初始化值为 n （缓冲区大小）；