回顾一下同步互斥的概念：
现代操作系统基本都是多任务操作系统，即同时有大量可调度实体在运行。在多任务操作系统中，同时运行的多个任务可能：
- 都需要访问/使用同一种资源
- 多个任务之间有依赖关系，某个任务的运行依赖于另一个任务
这两种情形是多任务编程中遇到的最基本的问题，也是多任务编程中的核心问题，同步和互斥就是用于解决这两个问题的。
互斥：是指散步在不同任务之间的若干程序片断，当某个任务运行其中一个程序片段时，其它任务就不能运行它们之中的任一程序片段，只能等到该任务运行完这个程序片段后才可以运行。最基本的场景就是：一个公共资源同一时刻只能被一个进程或线程使用，多个进程或线程不能同时使用公共资源。
同步：是指散步在不同任务之间的若干程序片断，它们的运行必须严格按照规定的某种先后次序来运行，这种先后次序依赖于要完成的特定的任务。最基本的场景就是：两个或两个以上的进程或线程在运行过程中协同步调，按预定的先后次序运行。比如 A 任务的运行依赖于 B 任务产生的数据。
显然，同步是一种更为复杂的互斥，而互斥是一种特殊的同步。也就是说互斥是两个任务之间不可以同时运行，他们会相互排斥，必须等待一个线程运行完毕，另一个才能运行，而同步也是不能同时运行，但他是必须要安照某种次序来运行相应的线程（也是一种互斥）！因此互斥具有唯一性和排它性，但互斥并不限制任务的运行顺序，即任务是无序的，而同步的任务之间则有顺序关系。
一般涉及到同步和互斥的问题，都是线程级别之间的问题。因为一般情况下进程都是认为有各自的数据空间。但是其实对于现代操作系统来说，很多时候进程和线程直接的概念并没有那么明晰。
1、同步的问题，主要是进程或线程有一些共享资源的情况下要考虑的。为了解决不确定性，要引入同步互斥。
系统缺陷：结果依赖于并发执行或者事件的顺序和时间，这就是不确定性和不可重复性。这种现象称为竞态。这是我们要极力避免的。
最好的方法是让指令不会被打断。所以必须使用原子操作。
2、临界区、互斥、死锁、饥饿的概念：
3、临界区的特点（属性）：
4、如何实现对临界区代码的保护（也就是实现互斥的机制）？
（1）禁用硬件中断。
回顾一下并发概念：并发，在操作系统中，是指一个时间段中有几个程序都处于已启动运行到运行完毕之间，且这几个程序都是在同一个处理机上运行，但任一个时刻点上只有一个程序在处理机上运行
另外，屏蔽中断在多CPU的机制下是无法解决的，因为如果某个资源是两个CPU并行执行，那是无法成功的，因为一个CPU屏蔽中断的能力只是对于该CPU而言，而不是对于其他CPU。因此在多CPU的时候，中断是无法解决互斥问题的。
（2）基于软件的解决方法
即基于一些软件和编程上的设计使之满足临界区的属性。
（3）更高级的抽象
5、信号量（Semaphore）
背景：
确保同步的各个机制：
但是，这样是不够的。例如，我们希望临界区内可以有多个线程在执行等。这样的话，有哪些更高级的同步手段？可以通过信号量来实现这个机制。信号量在早起的操作系统中是主要的同步原语，例如原Unix中，现在很少用了。
信号量是什么呢？信号量是一个整形，此处称为sem。sem只有两个原子操作：P()和V()
其实很类似铁路上的信号灯。
6、信号量的使用
一般信号量被初始化为一个正数。如果有进程想进入临界区，则执行P()，如 果有进程要退出临界区，则执行V()。
信号量完全可以完成锁的功能。锁与信号量最大的区别是锁在临界区中只有一个进程，而信号量可以有多个。
（1）使用二进制信号量，也就是只有0和1两个值
1）使用二进制信号量实现互斥，其实就跟锁一样。把信号量初始值设为1，在进入临界区之前进行P操作，也就是获取锁。结束后进行V操作，也就是放弃锁
2）实现调度约束，也就是同步操作
信号量初值设成0。在这个例子中，线程A必须要等到线程B执行到某个程度后再执行。
（2）一般/计数信号量
解决这个问题，一般是一个线程在等待另一个线程处理事情。下面是个例子：
7、信号量的实现
信号量使用一个整形和一个队列来实现。等待队列是一系列等待的线程。
信号量的优缺点：
虽然信号量大量使用在实际的操作系统中，但是还是略显复杂，容易发生各种死锁等出错现象。有没有更好更简单更方便的方法来让开发者实现同步互斥呢？这里就需要使用管程。
8、管程(monitor)
什么是管程：包含了一系列共享变量以及针对这些变量操作的函数的组合和模块。
管程比信号量抽象程度更高，但是对于开发者来说也越容易使用。
引入管程机制的目的：1、把分散在各进程中的临界区集中起来进行管理；2、防止进程有意或无意的违法同步操作；3、便于用高级语言来书写程序，也便于程序正确性验证
9、解决同步互斥问题总结：
下面讲死锁
10、死锁的四个条件（如果四个条件同时成立，可能会有死锁，但是不凑齐这四个条件一定没有死锁）：
对于图2来说，没有满足持有并等待条件，因为资源R1和R2有两个实例，而P4和P2可以持有R2和R1并且执行，执行完后，资源就释放了，就可以继续进行下去了。所以虽然这里满足了循环等待条件，但是并不会有死锁。
11、死锁的处理
死锁预防->死锁避免->死锁检测->死锁恢复。他们的条件是逐步减弱的。一般来说，死锁检测和死锁恢复是结合在一起使用的，毕竟检测到了有死锁，当然要恢复。
对于一个操作系统来说，一般这样设计：
为什么大部分都忽略这个问题呢？判断是否出现死锁以及恢复的开销很大；如果设置一系列的约束不能进入死锁状态，会令操作系统的功能受到很大限制，很多任务无法完成。这被称为鸵鸟办法，忽略死锁这个问题，如果遇到了这个问题，再想办法解决。
（1）死锁预防
也就是让死锁绝对不会出现。思路就是，打破死锁四个条件中的某个条件就可以了。
1）互斥：把资源变成可以共同占用的
2）占用并等待：保证当一个进程请求资源时，它不持有其他任何资源。会造成资源利用率低，可能会发生饥饿
3）无抢占：如果进程占有某些资源，并请求其他不能被立即分配的资源的时候，释放当前正在占有的资源
4）循环等待：对所有资源类型进行排序，并要求每个进程按照资源的顺序进行申请
（2）死锁避免
相比死锁预防更小的限制程度。它不是通过一些机制来绝对预防死锁，而是在进程申请资源的时候，判断是否会产生死锁。如果有可能出现死锁，不能分配资源给这个进程。所以需要系统具有一些额外的先验信息
这里的安全状态，不止是不会陷入死锁的状态，而是比不会陷入死锁更大的一个状态。
有一个著名的死锁避免算法：银行家算法。归根到底，银行家算法就是判断一个序列是否安全的算法。
银行家算法的具体实现：
存在关系Need[i,j]=Max[i,j]-Allocation[i,j]
对于具体的算法实现来说，首先是安全状态判断算法
然后是整体的银行家算法
（3）死锁检测
允许系统进入死锁状态，隔一段时间调用死锁检测算法，如果系统进入死锁了，就启动恢复机制
1）怎么检测系统是否进入死锁？
常用方法：建立资源分配图，把资源的R去掉，如果产生环了就是进入死锁状态了
检测算法的使用需要考虑什么问题：
一个概念，回滚：回滚（Rollback）指的是程序或数据处理错误，将程序或数据恢复到上一次正确状态的行为。回滚包括程序回滚和数据回滚等类型。
（4）死锁恢复
关键是恢复的进程，需要定一种规则
