一、背景
①多个进程会交互，对共享资源的访问。处理不当就会饥饿，死锁。
②独立的线程：不和其他线程共享资源或状态，不交互，所以具有确定性（输入状态决定结果），可重现（能重现起始条件），I/O，调度顺序不重要
合作的线程：在多个线程中共享状态，不确定性，不可重现
不确定性和不可重现意味着BUG可能是间歇性发生的
③为什么要合作？
共享资源（嵌入式系统）；
加速，效率高（I/O操作和计算可以重叠，拆分小任务，流水，并行，多处理器）；
模块化：大程序分解成小程序，使系统易于扩展
二、现实中同步问题
1、原子操作 （atomic operation）
指一次不存在任何中断或者失败的执行，要么成功done要么没执行
实际操作往往不是原子的，甚至单个机器指令都不一定是原子的。
2、临界区critical section：
进程中访问共享资源的代码区域，且当另一个进程处于相应代码区域时便不会执行。
3、互斥mutual exclusion：
任一时刻只能有一个进程进入临界区访问。当一个进程处于临界区并访问共享资源时，没有其他进程会处于临界区，并访问任何相同的共享资源。
4、死锁Dead lock
多个进程相互等待完成特定任务，而最终没法继续自身任务
5、饥饿starvation：
一个可执行的进程长期等待执行，被调度器持续忽略。
三、临界区和禁用硬件中断同步方法
1、临界区（Critical Section)
①临界区：进程中访问临界资源的一段需要互斥执行的代码
②进入区：检查可否进入临界区的一段代码；如可进入，设置相应“正在访问临界区”标志
③退出区：清除“正在访问临界区”标志
④剩余区：代码中的其余部分
代码：
entry section
critical section
exist section
remainder section
⑤临界区访问规则
Ⅰ、空闲则入：没有进程在临界区时，任何进程可进入
Ⅱ、忙则等待：有有进程在临界区时，其他进程均不能进入临界区
Ⅲ、有限等待：等待进入临界 区的进程不能无限期等待
Ⅳ、让权等待：不能进入临界区的进程，应释放CPU（如转换到阻塞状态）
⑥临界区的实现方法
三种方法：禁用硬件中断，基于软件，原子操作指令
2、禁用硬件中断
①思路：没有中断，就没有上下文切换，没有并发。减少不确定性。进入临界区禁用中断，退出时再开启。
②问题： 一旦禁用中断，线程无法停止 ；整个系统都会停下来，I/O啥的都没用了，其他线程可能会饥饿 影响效率；临界区要是太长咋整？无法限制响应中断所需的时间，可能有硬件影响。一般都用于短的临界区时间。
三、基于软件的同步方法
1、Peterson算法
①共享变量
int turn; // who ‘s turn to enter the critical section bollean flag[]; //whether the process is ready to enter
②进入区代码
flag[i] = TURE; turn=j; while(flag[j]&&turn==j ) ;
③退出区代码
flag[i]=FLASE;
④Peterson算法实现（2个进程）
use two shared data items
int turn; // who ‘s turn to enter the critical section
bollean flag[]; //whether the process is ready to enter
PETERSON算法
do{
flag[i] = TURE;
turn=j;
while(flag[j]&&turn==j ) ;
CRITICAL SECTION
flag[i]=FLASE;
REMAINDER SECTION
} while(TURE);2、Dekkers算法（与Peretson改入临界区条件）
use two shared data items
int turn=0; // who ‘s turn to enter the critical section
bollean flag[]; //whether the process is ready to enter
flag[0]:=false;flag[1]=false;
Dekkers算法
do{
flag[i] = TURE;
while(flag[j] == turn==j ) {
if(turn!=i){
flag[i] := false
while turn!=i{}
flag[i]:=ture
}
};
CRITICAL SECTION
turn := j;
flag[i]=FLASE;
REMAINDER SECTION
} while(TURE);3、N线程的软件方法（Eisenberg and Mcguire’s algorirhm）
四、高级抽象的同部方法
硬件提供了一些原语，用原子操作直接实现进退临界区
1、锁是一个抽象的数据结构，获得锁就是进入临界区的实现过程
lock_next_pid->acquire();
new_pid=next_pid++ ;
lock_next_pid->release();
多数现代体系结构都提供特殊的原子操作指令
（1） test-and-set 测试和置位
从内存中读值，判断是否为1并返回，同时设置内存值为1
（2） exchange 交换 输入两个内存单元，交换其值并返回
这两条如果有一条可以是原子指令，就可以完成
class lock{ int value = 0; waitqueue q;}
lock::acquire(){
while (test-and-set(value)){
add this TCB to wait queen q; //加入wait queen list
schedule();}
}
lock::release(){
value=0;
remove one thread t from q;
wakeup(t);
}2、特征
①、优点：实现简单，易扩展到多临界区，开销小，适用于单处理器或共享主存的多处理器中任意数量的进程 广泛使用
②、缺点： 还是有忙等，浪费时间；
抢LOCK随机可能某个一直抢不到，当进程离开临界区，且多个进程在等待时可能导致饥饿；
也许死锁，一个低优先级的进程拥有临界区，一个高优先级的 进程也需求，那么高优先级进程忙等，占用cpu,低优先级的不能释放Lock，要通过优先级反转来解决。
③总结：
用锁来解决互斥问题，锁是高层编程抽象，需要一定硬件支持
常用三种：禁用中断（仅可单处理器），软件方法（复杂），原子操作指令（单处理器或多处理器都可以）
可选的实现内容：有忙等待，无忙等待（进程睡眠）