学习笔记：计算机组成原理Ch10.多进程
先说一下进程的概念：process就是一个程序分离出来的运行步骤，这里要重点说明的是进程的有序性
那如果这个进程运行了一半，另外程序的进程想运行呢？
这就是interrupt，在之前有讲过，就是A存档，B运行，B存档，A读档
这里的读档存档，我们称为转交状态。
下面介绍threads：
在program里，分享Memory的轻量化的（lightweight）进程，称为线程。
主要概念介绍完，我们先来看一个程序：
这是一个记录雨量的系统，放一个桶，当桶里的满了之后，触发操作，v+1，并且把水倒掉
右边是一个打电话的操作，当打电话后，得知此时的v，并且把v写成0
很明显，这两个函数分享了同一个变量v
那么有意思的事情就来了：
如上的时间轴，虽然桶已经集满，并且马上要改写v时，电话来了，此时计数就是错误的，这就是进程管理出现了问题，如何解决这样的问题呢？
我们称这样的情况是Critical Section：
试想下面的场景，两个道路都有车要来，那么应该怎么设置红绿灯使得车有序通过呢？
第一种方法：
Boolean Reservation
设置一个布尔数free，有人通过，此时的free为false，反之则为true。
这是一种相当笨的方法，那么如果出现两个车一同来呢？
第二种方法：
Turn Indicator
设置两个布尔数，pturn，qturn
你一辆我一辆的通行
这样就会出现一个问题，如果两条路的车辆数不同呢？
就会出现Deadlock
第三种方法：
Double Reservation
设置布尔数，pneed、qneed，就像新式人行道红绿灯一样，要过马路先按一下，红绿灯知道你有过马路的需求了，才会开放让你通行
这个方法的问题是，两边都同时按下按钮，该怎么办？
于是综合以上问题，出现了Decker Algorithm：
通俗来讲，就是把第二种和第三种方法融合了，如果两边都有需求，就先验证一下是谁的turn
但是如上图所示，每一次看需求之后，都要执行一次while看是谁的turn，这大大的消耗了cpu的运算时间，所以大部分情况不予采用。
上面说的是在软件层面解决，下面我们看看在硬件层面怎么解决：
首先，如果只有一个处理器存在的化，非常简单，只需要设置一个程序区域，在区域内不能interrupt就可以。
之后，如果有很多不同的处理器呢？一般采用，Test & Set bit
和上文的Free一样，设置一个free布尔数，当有人看时，这个变成false，防止其他人访问
在这里我们介绍了Free，其实还有更高阶的方法，也就是Semaphore：
他的结构如下图所示：
这个代码内嵌到了操作系统里，也就是每个程序运行时，都要运行上面的代码：
先wait（），看看此时的s是不是小于0，如果小于零，他就一直do{}，等等
如果大于0了，他就运行一下，让s-1，指的是，有一个人正在操作了
运行完了，再加回来1
这是一个非常聪明的设想
假设家里有十个光盘机，每个都要刻录光盘，就会出现如下情况：
每个光盘机被启用后，就会使得writers -1
使用完了，再加回来
这实现了线程的管理，同样的道理，他也能实现同步：
两个程序，有一个程序运行的太快了，就先运行到了synch，发现是0，得等待另外一个程序把synch变成1，再继续运行；
我们发现，再wait（）函数中，do while语句是空缺，实际上还可以干点事情：
比如把这个进程加入等待名单呀。
说到等待名单，就要看看process的三种state了：
我们可以把进程排队买菜
分别是
pending：我在排着队，队伍非常顺利的在走
active：我和菜店老板在交涉买菜的事情
blocked：菜地老板出去上厕所去了，留我在等待
同样的，既然wait里面可以加，signal就可以把人从等待名单里拿出来：
所以进程管理就讲完了，我们再回头看，之前提到了一个名词，Deadlock，这是什么意思呢？
想到了一个很好的比方：
程序员实习都要有实习经验才能入职，那只有参加程序员实习才能获得实习经验
这就是一个死局（deadlock)
我们可以用表格来表示：
两个进程都需要两种资源：
当然合理的分配资源呢，就能双方都到达100%
如果进入了图中红色的区域，且双方都不让资源，就发生了死局Deadlock
这个区域就叫做：deadlock zone
这个区域是怎么画出来的呢，我们下面介绍Banker Algorithm：
先从P1来看，P1有了资源R1之后，P2就无法运行，P2有了R3资源之后，P3就无法运行，P3有了R2资源之后，P1就无法运行，这就构成了一个闭环，这三个家伙之间就可以连成Deadlock Zone：
好，那如何避免出现Deadlock，有那么几种方法：
第一种方法：
一个人一个人的走：
第二种方法：
一个资源一个资源的走
第三种方法：
通过banker algorithm，算出来deadlock zone，避开走：
那如果走进了这个区域，该如何改正呢？
这就要提到备份了，在进程分配资源之前备份好进程的状态
遇到Deadlock之后用Banker Algorithm算出来，到底是哪条资源出现了问题，
然后恢复到之前备份好的状态，避免再进入那个区域就可以。