回顧一下同步互斥的概念：
現代操作系統基本都是多任務操作系統，即同時有大量可調度實體在運行。在多任務操作系統中，同時運行的多個任務可能：
- 都需要訪問/使用同一種資源
- 多個任務之間有依賴關係，某個任務的運行依賴於另一個任務
這兩種情形是多任務編程中遇到的最基本的問題，也是多任務編程中的核心問題，同步和互斥就是用於解決這兩個問題的。
互斥：是指散步在不同任務之間的若干程序片斷，當某個任務運行其中一個程序片段時，其它任務就不能運行它們之中的任一程序片段，只能等到該任務運行完這個程序片段後纔可以運行。最基本的場景就是：一個公共資源同一時刻只能被一個進程或線程使用，多個進程或線程不能同時使用公共資源。
同步：是指散步在不同任務之間的若干程序片斷，它們的運行必須嚴格按照規定的某種先後次序來運行，這種先後次序依賴於要完成的特定的任務。最基本的場景就是：兩個或兩個以上的進程或線程在運行過程中協同步調，按預定的先後次序運行。比如 A 任務的運行依賴於 B 任務產生的數據。
顯然，同步是一種更爲複雜的互斥，而互斥是一種特殊的同步。也就是說互斥是兩個任務之間不可以同時運行，他們會相互排斥，必須等待一個線程運行完畢，另一個才能運行，而同步也是不能同時運行，但他是必須要安照某種次序來運行相應的線程（也是一種互斥）！因此互斥具有唯一性和排它性，但互斥並不限制任務的運行順序，即任務是無序的，而同步的任務之間則有順序關係。
一般涉及到同步和互斥的問題，都是線程級別之間的問題。因爲一般情況下進程都是認爲有各自的數據空間。但是其實對於現代操作系統來說，很多時候進程和線程直接的概念並沒有那麼明晰。
1、同步的問題，主要是進程或線程有一些共享資源的情況下要考慮的。爲了解決不確定性，要引入同步互斥。
系統缺陷：結果依賴於併發執行或者事件的順序和時間，這就是不確定性和不可重複性。這種現象稱爲競態。這是我們要極力避免的。
最好的方法是讓指令不會被打斷。所以必須使用原子操作。
2、臨界區、互斥、死鎖、飢餓的概念：
3、臨界區的特點（屬性）：
4、如何實現對臨界區代碼的保護（也就是實現互斥的機制）？
（1）禁用硬件中斷。
回顧一下併發概念：併發，在操作系統中，是指一個時間段中有幾個程序都處於已啓動運行到運行完畢之間，且這幾個程序都是在同一個處理機上運行，但任一個時刻點上只有一個程序在處理機上運行
另外，屏蔽中斷在多CPU的機制下是無法解決的，因爲如果某個資源是兩個CPU並行執行，那是無法成功的，因爲一個CPU屏蔽中斷的能力只是對於該CPU而言，而不是對於其他CPU。因此在多CPU的時候，中斷是無法解決互斥問題的。
（2）基於軟件的解決方法
即基於一些軟件和編程上的設計使之滿足臨界區的屬性。
（3）更高級的抽象
5、信號量（Semaphore）
背景：
確保同步的各個機制：
但是，這樣是不夠的。例如，我們希望臨界區內可以有多個線程在執行等。這樣的話，有哪些更高級的同步手段？可以通過信號量來實現這個機制。信號量在早起的操作系統中是主要的同步原語，例如原Unix中，現在很少用了。
信號量是什麼呢？信號量是一個整形，此處稱爲sem。sem只有兩個原子操作：P()和V()
其實很類似鐵路上的信號燈。
6、信號量的使用
一般信號量被初始化爲一個正數。如果有進程想進入臨界區，則執行P()，如 果有進程要退出臨界區，則執行V()。
信號量完全可以完成鎖的功能。鎖與信號量最大的區別是鎖在臨界區中只有一個進程，而信號量可以有多個。
（1）使用二進制信號量，也就是隻有0和1兩個值
1）使用二進制信號量實現互斥，其實就跟鎖一樣。把信號量初始值設爲1，在進入臨界區之前進行P操作，也就是獲取鎖。結束後進行V操作，也就是放棄鎖
2）實現調度約束，也就是同步操作
信號量初值設成0。在這個例子中，線程A必須要等到線程B執行到某個程度後再執行。
（2）一般/計數信號量
解決這個問題，一般是一個線程在等待另一個線程處理事情。下面是個例子：
7、信號量的實現
信號量使用一個整形和一個隊列來實現。等待隊列是一系列等待的線程。
信號量的優缺點：
雖然信號量大量使用在實際的操作系統中，但是還是略顯複雜，容易發生各種死鎖等出錯現象。有沒有更好更簡單更方便的方法來讓開發者實現同步互斥呢？這裏就需要使用管程。
8、管程(monitor)
什麼是管程：包含了一系列共享變量以及針對這些變量操作的函數的組合和模塊。
管程比信號量抽象程度更高，但是對於開發者來說也越容易使用。
引入管程機制的目的：1、把分散在各進程中的臨界區集中起來進行管理；2、防止進程有意或無意的違法同步操作；3、便於用高級語言來書寫程序，也便於程序正確性驗證
9、解決同步互斥問題總結：
下面講死鎖
10、死鎖的四個條件（如果四個條件同時成立，可能會有死鎖，但是不湊齊這四個條件一定沒有死鎖）：
對於圖2來說，沒有滿足持有並等待條件，因爲資源R1和R2有兩個實例，而P4和P2可以持有R2和R1並且執行，執行完後，資源就釋放了，就可以繼續進行下去了。所以雖然這裏滿足了循環等待條件，但是並不會有死鎖。
11、死鎖的處理
死鎖預防->死鎖避免->死鎖檢測->死鎖恢復。他們的條件是逐步減弱的。一般來說，死鎖檢測和死鎖恢復是結合在一起使用的，畢竟檢測到了有死鎖，當然要恢復。
對於一個操作系統來說，一般這樣設計：
爲什麼大部分都忽略這個問題呢？判斷是否出現死鎖以及恢復的開銷很大；如果設置一系列的約束不能進入死鎖狀態，會令操作系統的功能受到很大限制，很多任務無法完成。這被稱爲鴕鳥辦法，忽略死鎖這個問題，如果遇到了這個問題，再想辦法解決。
（1）死鎖預防
也就是讓死鎖絕對不會出現。思路就是，打破死鎖四個條件中的某個條件就可以了。
1）互斥：把資源變成可以共同佔用的
2）佔用並等待：保證當一個進程請求資源時，它不持有其他任何資源。會造成資源利用率低，可能會發生飢餓
3）無搶佔：如果進程佔有某些資源，並請求其他不能被立即分配的資源的時候，釋放當前正在佔有的資源
4）循環等待：對所有資源類型進行排序，並要求每個進程按照資源的順序進行申請
（2）死鎖避免
相比死鎖預防更小的限制程度。它不是通過一些機制來絕對預防死鎖，而是在進程申請資源的時候，判斷是否會產生死鎖。如果有可能出現死鎖，不能分配資源給這個進程。所以需要系統具有一些額外的先驗信息
這裏的安全狀態，不止是不會陷入死鎖的狀態，而是比不會陷入死鎖更大的一個狀態。
有一個著名的死鎖避免算法：銀行家算法。歸根到底，銀行家算法就是判斷一個序列是否安全的算法。
銀行家算法的具體實現：
存在關係Need[i,j]=Max[i,j]-Allocation[i,j]
對於具體的算法實現來說，首先是安全狀態判斷算法
然後是整體的銀行家算法
（3）死鎖檢測
允許系統進入死鎖狀態，隔一段時間調用死鎖檢測算法，如果系統進入死鎖了，就啓動恢復機制
1）怎麼檢測系統是否進入死鎖？
常用方法：建立資源分配圖，把資源的R去掉，如果產生環了就是進入死鎖狀態了
檢測算法的使用需要考慮什麼問題：
一個概念，回滾：回滾（Rollback）指的是程序或數據處理錯誤，將程序或數據恢復到上一次正確狀態的行爲。回滾包括程序回滾和數據回滾等類型。
（4）死鎖恢復
關鍵是恢復的進程，需要定一種規則
