线程的同步-shichang

为了实现数据的共享，资源的合理分配，进程之间也必须要进行同步。线程的同步更是为了消除线程之间的不确定性，使得整个程序的运行和正确性都有迹可循，提高CPU的执行效率。
### 加锁：
将资源加锁保证同一时刻只能有一个线程在访问和修改资源
### 互斥
不能有两个进程同时在临界区中， 进程能够在任何数量和速度的CPU上正确执行， 
在互斥区域外不能阻止另一个进程的运行， 
进程不能无限制地等待进入临界区

### 睡眠操作：
为了避免一个线程在阻塞时浪费cpu资源，所以规定了睡眠和唤醒机制，线程在遇见阻塞时进行睡眠，让出cpu资源，当其他线程代码从临界区退出时发送信号唤醒睡眠的线程。
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### 信号量：
为了避免两个线程同时睡眠，形成死锁，所以使用信号量将发出的信号累积起来。信号量就是一个计数器，取值为当前积累的信号数量，支持up加和down减两种操作。两个操作都是原子操作。
如果用0和1作为信号量的取值，则为二元信号量。
down减法操作：
 - 等待信号量的值变为1
 - 将信号量的值设置为0
 - 继续往下执行
up加法操作：
 - 将信号量的值设置为1
 - 叫醒在该信号量上面等待的第一个线程
 - 线程继续往下执行
但是信号量并不是这么好用的东西，对一个进程来说，往往需要非常多个信号量才能保证程序按正确的顺序运行，而当信号量数量多了之后程序就变得非常难以书写和维护。
所以在此1引入了**管程**的概念，

### 管程
管程是一个程序语言级别的构造，它的正确性由编译器负责保证。将需要同步的代码用一个管程的构造框起来，获得同步保护，管程就是一组子程序、变量和数据结构的组合。
管程中使用两种同步机制：锁和条件变量，锁用来互斥，条件变量用来控制执行的顺序。
 
### 锁，睡眠唤醒，信号量，管程，消息传递之间的关系

`锁`解决了同步问题(金鱼喂养问题)，但是会造成循环等待，等待时浪费了大量的CPU，所以使用`睡眠和唤醒`机制使进程或者线程在等待时让出cpu进行睡眠直到其所等待的资源被让出并唤醒该进程或者线程。但是睡眠和唤醒机制又带来了死锁问题，死锁问题就是互相竞争的两个进程同时进行了睡眠(进程在执行sleep之前有可能发生cpu的切换，造成过早无效唤醒，而收到唤醒消息后原进程再进行sleep就没有其他进程再会视图唤醒它，另一个进程在执行到进度后也会进行睡眠，造成死锁)。为了不让互相竞争的两个进程同时睡眠，所以需要将信号累积起来，就使用了`信号量`的概念，将睡眠和唤醒的信号抽象成一个状态值，当这个值存在即表示一个信号，成功唤醒或者睡眠一个，这个状态值就加1或者减1.这样两个进程就不会同时睡觉了。但信号量的数量多了以后程序变得非常难以管理和书写，所以引入`管程`的概念。管程保证管程内部的线程和资源同步，由编译器进行保证管程的实现。但是管程只能在单台计算机上发挥作用，如果需要在多计算机上进行同步，则需要`消息传递`，基本操作为send和receive，都是阻塞操作。而消息传递的问题在于消息丢失和身份识别，还有效率。由于网络的不可靠，即使是TCP协议也无法做到100%的可靠，所以只有尽量采取更加可靠的传输协议，身份识别可以使用数字签名和加密技术进行弥补