临界区：要访问（读写）的共享资源那段代码称之为临界区。这里的代码并不是指C语言等高级语言的代码，而是指机器语言的代码。
互斥：当线程处于临界区并访问共享资源时，其他线程将不会访问相同的共享资源。
锁 :对资源加上一种保护机制，使得外部程序无法进行访问。对应的反向操作称之为解锁。
死锁：两个或以上的进程，进程之间相互等待对方完成特定任务，造成等待的死循环。
饥饿：一个可执行的进程长期无法获取到CPU的使用权。
信号量：有些进程只需要访问共享资源的某个属性，与其他进程访问该共享资源的的内容并不冲突。如果采用加锁的方式，那么会将降低其他任务的执行效率。信号量是比锁 粒度更小的资源保护机制，常用于共享资源集合的互斥访问。
原子操作：指整个操作过程不允许发生中断、上下文切换，而是一口气执行完的一系列操作。
管程：比信号量更高的抽象。它是包含成员变量和函数操作的结构体。它的成员包含1个锁用来指定临界区，0或多个条件变量当作信号量来使用。管程利用一组“信号量”来管理共享资源集合的互斥访问
上下文切换的时机具有不确定性，在1个CPU的情况下，两个线程同时执行相同的代码。如果没有一个合理的同步、互斥机制可能会得到不同的结果。
目录
一、临界区的同步和互斥机制
临界区
1）禁用硬件中断
此方法采用屏蔽硬件中断的方法，让临界区的代码不会被中断，不会被上下文切换，自然也就没有了并发问题。但这只适用于单CPU的系统。而对于多CPU的系统还是无法解决互斥问题的。
2）两个线程间的临界区访问——Dekker算法
此算法需要两个共享的全局变量 turn 和flag 数组，分别表示临界区该被哪一个线程访问 和 表示 哪一个线程想要访问临界区，需给予默认值。其中 i 表示自己的线程标识，j表示另外一个线程的标识。这个算法的原理是：当有两个线程需要访问临界区时，各自发出访问请求 flag[i] = ture ,turn相当于临界区属性，只有进入临界区才可以修改turn标志。而允许进入临界区的条件是当turn的值为自身编号，并且flag [i]为ture时才行。
3）N线程间的临界区访问——Bakery 算法
当由N个进程进入临界区时，每个进程接收到一个数字，得到数字最小的进程进入临界区，如果拿到的数字相同，则进程号pid小的先进入临界区去执行代码。
4）基于锁的原子操作Test and set 方法
利用锁访问的方式。其lock的属性value默认值为0，代表未被锁。有原子方法TestAndSet 方法，这方法执行时不允许被中断。当请求锁方法种，执行testAndSet，如果发现返回值是0，代表可访问，在TestAndSet 方法种自动将value设置成1，任务执行完后把value重新置成0。当任务在执行过程中，其他进程也需要访问锁时，testAndSet返回值为1，进入忙等循环或者阻塞。
4）基于锁的原子操作Exchange方法
利用锁和两个内存单元来完成临界区的访问。这两个内存单元的值分别是0 和1。有原子方法Exchange方法，这方法执行时不允许被中断。其原理是利用两个内存单元lock 和 key，lock是全局变量，Key是局部变量，当需要访问时将Key设置成1，用Exchange 的方式来交换lock值，来代表获取锁资源。执行完后再将锁资源置成0.
二、基于信号量的同步互斥机制
信号量常用于共享资源集合的访问。 信号量的操作只有两种，V()方法代表信号量增加，释放资源。P()方法代表信号量减少，获取资源，当无资源可获取时阻塞线程。信号量是个有符号的整数，是全局变量，初始化值通常等于可访问资源集合的资源数。当信号量的取值范围要求在[0,1]范围内，相当于锁。
1）生产者和消费者
使可访问的共享资源数增多的任务称为生产者，使可访问的共享资源数减少的任务称为消费者。对于锁的应用，刚开始可访问资源为1，只能允许有1个消费者，当消费资源后，由自身去释放资源，所以自身又是生产者。又例如有一群任务A专门生成文件，又有一群任务B专门读取并删除文件，这个也是生产者消费者模式。这个模式要求：生产者可以多个，当缓存区满时不允许再生产，消费者可以多个，当缓存区空时不再允许消费。缓存区在同一个时刻最多只能一个线程去访问、操作。
mutex信号量初始值1，用来实现控制缓存区的访问互斥。 fullBuffers 用来控制消费者的可消费资源数。emptyBuffers 用来控制生产者的可生产资源数。
其中缓存区的互斥访问P必须放在最后，由于P操作会造成线程阻塞，如果信号量P()操作顺序不正确，可能会发生死锁。通常的原则是访问越早的资源,其信号量应越晚去P(),由于任何一个任务要先访问缓存区，再去访问缓存区中的资源，所以缓存区自身的信号量mutex 要比 emptyBuffers 和 fullBuffers更晚去 P().
例如将Deposit(c)的emptyBuffers->P() 和 mutex->P()的顺序进行交换。 当emptyBuffers 值为0，FullBuffer值为n 时，生产者A执行Deposit 执行mutex->P() 和emptyBuffers->P()造成阻塞，另消费者B执行FullBuffers->P() 和mutex->P() 也造成阻塞，相互等待对方任务执行V()操作造成死锁。
例如将Deposit(c)的emptyBuffers->P() 和 mutex->P()的顺序进行交换，也将Remove(c)的fullBuffers->P() 和 mutex->P()的顺序进行交换。 当emptyBuffers 值为0，FullBuffer值为n 时，生产者A执行Deposit 执行mutex->P() 和emptyBuffers->P()造成阻塞, 消费者B执行mutex->P() 也造成阻塞，相互等待对方任务执行V()操作造成死锁。
2）信号量的实现
所需要实现的方法是P() 和V()操作，这两个操作方法是原子指令且必须禁用中断。需要考虑的实现内容是：如何阻塞线程，又如何唤起线程。通常需要一个等待队列用来存 因信号量不足而阻塞的线程。
当sem为负数时代表被阻塞的线程数，sem>=0 时表示可访问资源数。 P操作将信号量减1，并判断原先的资源数是否大于0，如果原先的资源数不足就将此线程加入（等待）阻塞队列。 V操作将信号量加1，并判断原先的资源数是否大于0，如果原先的资源数不足就把刚释放出的资源提供给被阻塞的线程。用队列进行管理阻塞态的线程，先被阻塞，先获取资源。
三、管程
管程中包含锁，锁用来控制线程的互斥访问，即在某一时刻管程最多只能被一个线程访问。用队列entryQueue来管理待访问管程的线程。管程中包含0个或多个条件变量。这些条件变量相当于信号量集合，用来共同控制共享资源的同步访问。每个信号量利用队列来保存因资源不满足而被阻塞的线程。
1）条件变量的实现
条件变量类似于信号量它的实现逻辑和信号量类似。但是也有所区别，其中信号量的int类型变量用来记录剩余资源数。而管程条件变量用于记录阻塞线程数，所以当操作时与信号量的操作顺序相反。
条件变量调用wait方法时，让阻塞线程数加1后把线程加入阻塞队列，释放管程的锁并sechedule()阻塞线程让出CPU使用权，阻塞完线程后再获取锁，不让其他外部线程访问管程。条件变量之所以先释放锁后获取锁，原因是在入wait方法之前管程就已经被锁上了。让出CPU使用权时，必须释放锁。不然阻塞线程由于资源不足无法唤醒，锁没释放导致外部线程无法访问管程，那么管程将会无法运行。
条件变量调用signal方法时，如果当前有阻塞线程，把阻塞线程唤醒，阻塞线程数减1.
2）生产者和消费者
count 用来表示共享资源个数，notFull为可生产剩余资源数的条件变量，notEmpty为可消费剩余资源数的条件变量。
当线程需要生产资源时，必须先请求锁，如果缓存区满则进入阻塞态让出CPU使用权，停止执行该线程的代码。如果该线程被唤醒进入就绪态,重新获取CPU使用权,那么将继续执行原先Condition::Wait方法中的require(lock)。如果当前资源数还是满的那么循环继续阻塞，如果没满就生产出了一个单位的资源，唤醒需要消费该资源的阻塞线程。
当线程需要消费资源时，必须先请求锁，如果缓存区空则进入阻塞态让出CPU使用权，停止执行该线程的代码。如果该线程被唤醒进入就绪态,重新获取CPU使用权,那么将继续执行原先Condition::Wait方法中的require(lock)。如果当前资源数还是空的那么循环继续阻塞，如果没空就消费掉了一个单位的资源。唤醒需要生产该资源的阻塞线程。
3）Hansen Style 和 Hoare Style
Hansen和Hoare 是计算机科学家，各提出了一个方法用来解决管程的问题：当管程中执行的线程A发出Signal操作后，意味这需要该资源的阻塞线程B会被唤醒。那么此时A和B线程都在管程中处于就绪态，那么A和B都有可能在管程中执行，这就不满足互斥条件了。
Hoare提出的思想是在Signal()的时候唤醒因资源不足被阻塞的线程让它先执行,即在资源紧张的情况下，产出资源将立马被消费。。 而Hansen提出：当A发出signal操作时，唤醒等待(阻塞)线程B，先执行完自身A后再并让B执行完。文章上面举的例子都是Hansen模式。 Hansen 和 Hoare在signal()方法上有所区别。 Hansen的Signal一口气执行完。而 Hoare的Signal唤醒阻塞线程后阻塞自己,释放锁让出CPU使用权
Hoare模式生产者消费者问题：
当线程需要生产资源时，必须先请求锁，如果缓存区满则进入阻塞态让出CPU使用权，停止执行该线程的代码。如果有消费者signal(),则该线程被唤醒进入就绪态,重新获取CPU使用权,那么将生产出了一个单位的资源，唤醒需要消费该资源的阻塞线程，阻塞自己并交出自己的CPU使用权，等待消费者线程唤醒自己，此时CPU重新回到自己手里意味着执行完毕。
当线程需要消费资源时，必须先请求锁，如果缓存区空则进入阻塞态让出CPU使用权，停止执行该线程的代码。如果有生产者signal(),则该线程被唤醒进入就绪态,重新获取CPU使用权,那么将消费掉了一个单位的资源。唤醒需要生产该资源的阻塞线程。阻塞自己并交出自己的CPU使用权，等待生产者线程唤醒自己，此时CPU重新回到自己手里意味着执行完毕。
