作業系統的同步與互斥可以從執行緒和程序兩個角度進行理解。如果從執行緒的角度理解，這裡本文以兩個執行緒為例，需要考慮這兩個執行緒是否屬於同乙個程序，對於不同程序的執行緒來說，它們本質上和從兩個程序的角度進行理解是一樣的，在之後討論兩個程序間的同步互斥時會詳細說明。對於同一程序的兩個執行緒，假設有這樣一段**。
int res, temp=0;
res = temp++;
load temp, reg1
store reg1, res
inc reg1
store temp, reg1
一種簡單的做法是加鎖，還是看一段**。
int res,temp=0;
lock(p);
res = temp++;
unlock(p);
void lock(int p)
sleep(10);
}}
這段**並不能真正讓多執行緒正確工作，比如執行緒1執行時，假設p=1，那麼(p>0)是成立的，但是如果恰巧執行完p>0以後執行緒切換，執行緒1讓出執行許可權給執行緒2，那麼執行緒2在判斷p>0時也是成立的，這時兩個執行緒仍然同時進入到臨界區（我們把不允許多執行緒同時執行的區域稱為臨界區或互斥區，下同)，因此不能解決上述問題。
第二個問題是，即使多個執行緒不會同時進入到臨界區，也會導致忙等待的問題。具體來說，如果執行緒1進入到臨界區，這時切換到執行緒2，執行緒2可能也執行這段**，當它試圖執行lock(p)時，它會一直輪詢p的狀態，此時執行緒1沒有執行，那麼它這個時間片(執行緒2的執行時間)事實上是浪費了，如果執行緒2的優先順序高於執行緒1，而且執行緒的排程演算法是優先順序高的執行緒總是先執行，那將產生可怕的後果，執行緒1永遠也不能執行，因此永遠也不會釋放鎖，而執行緒2永遠在輪詢，永遠在浪費時間片。
顯然，上述兩個問題是不能迴避的，這兩個問題必須得到解決。針對第乙個問題，事實上我們採用硬體提供的方法，由硬體確保查詢和更改操作是原子操作，簡單來說，就是判斷(p>0)和執行p--這兩個操作是原子操作，要麼都做要麼都不做，我記得c庫會提供乙個大致叫compareandchange的函式來完成這個操作。
針對第二個問題，要解決起來就複雜的多。首先，作業系統將執行緒分為三種狀態，分別是就緒（ready）、掛起（suspend）、執行（execute），事實上這三種狀態在很多地方都會用到，這裡只考慮在訪問臨界區時的應用。首先介紹一下這三種狀態，就緒態的執行緒是指乙個執行緒已經就緒，簡單來說就是可以被排程執行，需要注意，同一時刻可能存在多個就緒態的執行緒，如果當前執行的執行緒執行完畢後，會從當前多個就緒執行緒中選取乙個執行緒（一般選擇優先順序最高的）切換到執行態。執行態的執行緒在同一時刻只有乙個（事實上執行態的執行緒個數取決於cpu核的個數，但又不僅僅取決於cpu核的個數，這裡不詳細討論），掛起態比較特殊，這類執行緒往往是由於資源得不到滿足而掛起，等到資源滿足以後再被喚醒切換到就緒態。舉個簡單的掛起態的例子，比如乙個執行緒想要讀磁碟，那麼它只需要發乙個系統呼叫告訴核心，再由核心告訴磁碟讀取指定區域的資料，但是這個讀取是需要時間的，此時這個執行緒就被阻塞了，因此給它時間片也沒用，所以它會被os掛起，當磁碟讀取完成後，可以告訴核心，然後由核心再將上述掛起執行緒喚醒。
回到這個問題，當執行緒1執行了lock(p)之後進入到臨界區以後，如果這時執行緒1讓出執行許可權，由執行緒2開始執行，那麼當它執行到lock(p)時，它不會再去輪詢p到狀態，而是會將自己從執行態（因為此時執行緒2在執行，所以必然處於執行態）變為掛起狀態。需要注意的是，無論執行緒2的優先順序多麼高，此時執行緒2再也沒有執行的可能了。接下來，如果執行緒1執行完畢後，它會執行unlock(p)，那麼此時unlock(p)也不能僅僅做p++了，它需要喚醒執行緒2，也就是喚醒等待p的執行緒。此時p已經不僅僅是乙個整數那麼簡單了，準備的說，p已經是乙個訊號量了，訊號量肯定比乙個整數要複雜很多，但從原理上講，也不需要很複雜。那麼乙個訊號量需要什麼呢？我想它應該需要兩樣東西：
乙個整數記錄當前訊號量的值，訊號量的值不總是1，比如臨界區的**是操作印表機，而此時存在十個印表機，那麼允許十個執行緒同時進入到臨界區，因此訊號量可以是10，當然大多數情況下訊號量只有0、1兩個取值。
如此，乙個簡單的訊號量就設計完成了，對於訊號量的操作，一般稱為p和v操作，p相當於lock、v相當於unlock。當然，現在的作業系統對於訊號量的設計遠沒有這麼簡單，考慮的情況也要複雜很多，這只是乙個簡單的分析，如果有讀者在這方面想要交流，歡迎發郵件給我。
當然，這裡考慮的仍然是非常簡單的情況，讀者可以考慮按照這種思路會出現哪些無法解決的問題？？或者仍有哪些問題沒有考慮到？？
執行緒互斥與同步 互斥鎖與訊號量
所謂互斥，就是不同執行緒通過競爭進入臨界區 共享的資料和硬體資源 為了防止訪問衝突，在有限的時間內只允許其中之一獨占性的使用共享資源。如不允許同時寫 同步關係則是多個執行緒彼此合作，通過一定的邏輯關係來共同完成乙個任務。一般來說，同步關係中往往包含互斥，同時對臨界區的資源會按照某種邏輯順序進行訪問。...
互斥量與訊號量（互斥與同步）
互斥量 mutex 互斥量表現互斥現象的資料結構，也被當作二元訊號燈。乙個互斥基本上是乙個多工敏感的二元訊號，它能用作同步多工的行為，它常用作保護從中斷來的臨界段 並且在共享同步使用的資源。mutex本質上說就是一把鎖，提供對資源的獨佔訪問，所以mutex主要的作用是用於互斥。mutex物件的值，只...
訊號量與互斥鎖
訊號量與普通整型變數的區別 訊號量 semaphore 是非負整型變數，除了初始化之外，它只能通過兩個標準原子操作 wait semap signal semap 來進行訪問 操作也被成為pv原語 p 於dutch proberen 測試 v 於 dutch verhogen 增加 而普通整型變數則...