⑴ 如何利用信号量机制实现多进程访问临界资源
进程互斥 定义:两个或两个以上的进程,不能同时进入关于同一组共享变量的临界区域,否则可能发生与时间有关的错误,这种现象被称作进程互斥.
在多道程序环境下，存在着临界资源，它是指多进程存在时必须互斥访问的资源。也就是某一时刻不允许多个进程同时访问，只能单个进程的访问。我们把这些程序的片段称作临界区或临界段，它存在的目的是有效的防止竞争条件又能保证最大化使用共享数据。而这些并发进程必须有好的解决方案，才能防止出现以下情况：多个进程同时处于临界区，临界区外的进程阻塞其他的进程，有些进程在临界区外无休止的等待。除此以外，这些方案还不能对CPU的速度和数目做出任何的假设。只有满足了这些条件，才是一个好的解决方案。
访问临界资源的循环进程可以这样来描述：
Repeat
entry section
Critical sections;
exit section
Remainder sectioni;
Until false
为实现进程互斥，可以利用软件的方法，也可以在系统中设置专门的同步机制来协调多个进程，但是所有的同步机制应该遵循四大准则：
1.空闲让进 当临界资源处于空闲状态，允许一个请求进入临界区的进程立即进入临界区，从 而有效的利用资源。
2.忙则等待 已经有进程进入临界区时，意味着相应的临界资源正在被访问，所以其他准备进 入临界区的进程必须等待，来保证多进程互斥。
3.有限等待 对要求访问临界资源的进程，应该保证该进程能在有效的时间内进入临界区，防 止死等状态。
4.让权等待 当进程不能进入临界区，应该立即释放处理机，防止进程忙等待。
早期解决进程互斥问题有软件的方法和硬件的方法，如：严格轮换法，Peterson的解决方案，TSL指令，Swap指令都可以实现进程的互斥，不过它们都有一定的缺陷，这里就不一一详细说明，而后来Kijkstra提出的信号量机制则更好的解决了互斥问题。
⑵ 什么是临界区和临界资源对临界区管理的基本原则是什么
1、临界区指的是一个访问共用资源（例如：共用设备或是共用存储器）的程序片段，而这些共用资源又无法同时被多个线程访问的特性。
当有线程进入临界区段时，其他线程或是进程必须等待，有一些同步的机制必须在临界区段的进入点与离开点实现，以确保这些共用资源是被互斥获得使用。只能被单一线程访问的设备，例如：打印机。
2、临界资源：多道程序系统中存在许多进程，它们共享各种资源，然而有很多资源一次只能供一个进程使用。一次仅允许一个进程使用的资源称为临界资源。许多物理设备都属于临界资源，如输入机、打印机、磁带机等。
3、进程进入临界区的调度原则是：
（1）如果有若干进程要求进入空闲的临界区，一次仅允许一个进程进入。
（2）进入临界区的进程要在有限时间内退出，以便其它进程能及时进入自己的临界区。
（3）任何时候，处于临界区内的进程不可多于一个。
（4）如果进程不能进入自己的临界区，则应让出CPU，避免进程出现“忙等”现象。
(2)对临界资源采用什么方式进行访问扩展阅读
1、临界区存在的问题
临界区的退出，不会检测是否是已经进入的线程，也就是说，可以在A线程中调用进入临界区函数，在B线程调用退出临界区的函数，同样是成功。
临界区内的数据一次只能同时被一个进程使用，当一个进程使用临界区内的数据时，其他需要使用临界区数据的进程进入等待状态。
2、各进程采取互斥的方式，实现共享的资源称作临界资源。
属于临界资源的硬件有打印机、磁带机等,软件有消息缓冲队列、变量、数组、缓冲区等。 诸进程间应采取互斥方式，实现对这种资源的共享。
⑶ 操作系统中的临界资源属于共享资源吗
进程的同步与互斥
进程的同步与互斥是指进程在推进时的相互制约关系。在多道程序系统中，由于资源共享与进程合作，这种进程间的制约称为可能。为了保证进程的正确运行以及相互合作的进程之间交换信息，需要进程之间的通信。进程之间的制约关系体现为：进程的同步和互斥。
·进程同步：它主要源于进程合作，是进程间共同完成一项任务时直接发生相互作用的关系。为进程之间的直接制约关系。在多道环境下，这种进程间在执行次序上的协调是必不可少的。
·进程互斥：它主要源于资源共享，是进程之间的间接制约关系。在多道系统中，每次只允许一个进程访问的资源称为临界资源，进程互斥就是保证每次只有一个进程使用临界资源。
临界资源和临界区：一次只允许一个进程使用的共享资源称为临界资源，如打印机、公共变量等；而在并发进程中与共享变量有关的程序段称为临界区。对临界区的访问必须是互斥进行。进程进入临界区要满足一定的条件，以保证临界资源的安全使用，系统的正常运行，即对临界区的管理就遵循以下三个原则：
（1）当有若干进程要求进入它们的临界区时，应在有限时间内使一进程进入临界区。换句话说，它们不应该相互等待而致使谁都不能进入。
（2）每次最多有一个进程处于临界区内。
（3）进程在临界区内逗留应在有限时间范围内。
⑷ 计算机操作系统作为一个接口，连接着
计算机操作系统作为一个接口，连接着用户与计算机。
计算机操作系统需要处理如管理与配置内存、决定系统资源供需的优先次序、控制输入设备与输出设备、操作网络与管理文件系统等基本事务。其作用是：
（1）作为用户与计算机硬件系统之间的接口；
（2）作为计算机系统资源的管理者；
（3）实现了对计算机资源的抽象。
(4)对临界资源采用什么方式进行访问扩展阅读
基本特征
（1）并发
宏观上在一段时间内能同时运行多个程序，而并行则指同一时刻能运行多个指令。操作系统通过引入进程和线程使得程序能够并发运行。
（2）共享：系统中的资源可以被多个并发进程共同使用。
共享的方式有两种：互斥共享和同时共享；其中互斥共享的资源成为临界资源，例如打印机等，在同一时间只允许一个进程访问，需要用同步机制来实现对临界资源的访问。
（3）虚拟：把一个物理实体转换为多个逻辑实体。
主要的虚拟技术有两种：时分复用技术和空分复用技术。
时分复用技术是多个进程能在同一个处理器上并发执行使用了时分复用技术，让每个进程轮流占有处理器，每次只执行一小个时间片并快速切换。
空分复用技术是将物理内存抽象为地址空间，每个进程都有各自的地址空间，地址空间和物理内存使用页进行交换，地址空间的页并不需要全部在物理内存中，当使用到一个没有在物理内存的页时，执行页面置换算法， 将该页置换到内存中。
（4）异步：进程不是一次性执行完毕，而是走走停停，以不可知的速度向前推进。
⑸ Linux系统中对临界资源进行互斥访问的手段是
自旋锁（Spin Lock）是一种典型的对临界资源进行互斥访问的手段，其名称来源于它的工作方式。为了获得一个自旋锁，在某CPU上运行的代码需先执行一个原子操作，该操作测试并设置（Test-AndSet）某个内存变量。由于它是原子操作，所以在该操作完成之前其他执行单元不可能访问这个内存变量。如果测试结果表明锁已经空闲，则程序获得这个自旋锁并继续执行；如果测试结果表明锁仍被占用，程序将在一个小的循环内重复这个“测试并设置”操作，即进行所谓的“自旋”，通俗地说就是“在原地打转”。当自旋锁的持有者通过重置该变量释放这个自旋锁后，某个等待的“测试并设置”操作向其调用者报告锁已释放。理解自旋锁最简单的方法是把它作为一个变量看待，该变量把一个临界区标记为“我当前在运行，请稍等一会”或者标记为“我当前不在运行，可以被使用。如果A执行单元首先进入例程，它将持有自旋锁；当B执行单元试图进入同一个例程时，将获知自旋锁已被持有，需等到A执行单元释放后才能进入。在ARM体系结构下，自旋锁的实现借用了ldrex指令、strex指令、ARM处理器内存屏障指令dmb和dsb、wfe指令和sev指令，这类似于代码清单7.1的逻辑。可以说既要保证排他性，也要处理好内存屏障。
自旋锁主要针对SMP或单CPU但内核可抢占的情况，对于单CPU和内核不支持抢占的系统，自旋锁退化为空操作。在单CPU和内核可抢占的系统中，自旋锁持有期间中内核的抢占将被禁止。由于内核可抢占的单CPU系统的行为实际上很类似于SMP系统，因此，在这样的单CPU系统中使用自旋锁仍十分必要。另外，在多核SMP的情况下，任何一个核拿到了自旋锁，该核上的抢占调度也暂时禁止了，但是没有禁止另外一个核的抢占调度。尽管用了自旋锁可以保证临界区不受别的CPU和本CPU内的抢占进程打扰，但是得到锁的代码路径在执行临界区的时候，还可能受到中断和底半部的影响。为了防止这种影响，就需要用到自旋锁的衍生。