一、进程同步、进程互斥

1.1 什么是进程同步

进程具有异步性的特征。异步性是指，各并发执行的进程以各自独立的、不可预知的速度向前推进。

看一个例子：进程通信——管道通信

读进程和写进程并发地运行，由于并发必然导致异步性，因此“写数据”和“读数据”两个操作执行的先后顺序是不确定的。而实际应用中，又必须按照“写数据->读数据”的顺序来执行的。
如何解决这种异步问题，就是 “进程同步”所讨论的内容。

同步亦称直接制约关系，它是指为完成某种任务而建立的两个或多个进程，这些进程因为需要在某些位置上协调它们的工作次序而产生的制约关系。进程间的直接制约关系就是源于它们之间的相互合作。

即进程之间存在合作，各进程的推进要遵循一定的先后顺序

1.2 什么是进程互斥

进程的“并发”需要“共享”的支持。各个并发执行的进程不可避免的需要共享一些系统资源（比如内存，又比如打印机、摄像头这样的I/O设备）

互斥共享方式：系统中的某些资源，虽然可以提供给多个进程使用，但一个时间段内只允许一个进程访问该资源

同时共享方式：系统中的某些资源，允许一个时间段内由多个进程“同时”对它们进行访问

我们把一个时间段内只允许一个进程使用的资源称为临界资源。许多物理设备（比如摄像头、打印机）都属于临界资源。此外还有许多变量、数据、内存缓冲区等都属于临界资源。

对临界资源的访问，必须互斥地进行。互斥，亦称间接制约关系。进程互斥指当一个进程访问某临界资源时，另一个想要访问该临界资源的进程必须等待。当前访问临界资源的进程访问结束，释放该资源之后，另一个进程才能去访问临界资源。

对临界资源的互斥访问，可以在逻辑上分为如下四个部分：

注意：
临界区是进程中访问临界资源的代码段。
进入区和退出区是负责实现互斥的代码段。
临界区也可称为“临界段”。

遵循以下原则

为了实现对临界资源的互斥访问，同时保证系统整体性能，需要遵循以下原则：

1. 空闲让进。临界区空闲时，可以允许一个请求进入临界区的进程立即进入临界区；
2. 忙则等待。当已有进程进入临界区时，其他试图进入临界区的进程必须等待；
3. 有限等待。对请求访问的进程，应保证能在有限时间内进入临界区（保证不会饥饿）；
4. 让权等待。当进程不能进入临界区时，应立即释放处理机，防止进程忙等待。

1.3 小结

二、进程互斥实现方法

2.1 软件实现方法

2.1.1 单标志法

算法思想：两个进程在访问完临界区后会把使用临界区的权限转交给另一个进程。也就是说每个进程进入临界区的权限只能被另一个进程赋予

turn 的初值为 0，即刚开始只允许 0 号进程进入临界区。
若 P1 先上处理机运行，则会一直卡在 ⑤。直到 P1 的时间片用完，发生调度，切换 P0 上处理机运行。
代码 ① 不会卡住 P0，P0 可以正常访问临界区，在 P0 访问临界区期间即时切换回 P1，P1依然会卡在 ⑤。
只有 P0 在退出区将 turn 改为 1 后，P1才能进入临界区。

因此，该算法可以实现“同一时刻最多只允许一个进程访问临界区”

只能按 P0 -> P1 -> P0 -> P1 ->……这样轮流访问。这种必须“轮流访问”带来的问题是，如果此时允许进入临界区的进程是 P0，而 P0 一直不访问临界区，那么虽然此时临界区空闲，但是并不允许 P1 访问。
因此，单标志法存在的主要问题是：违背“空闲让进”原则。

2.1.2 双标志先检查法

算法思想：设置一个布尔型数组 flag[]，数组中各个元素用来标记各进程想进入临界区的意愿，比如“flag[0] = ture”意味着 0 号进程 P0 现在想要进入临界区。每个进程在进入临界区之前先检查当前有没有别的进程想进入临界区，如果没有，则把自身对应的标志 flag[i] 设为 true，之后开始访问临界区。

若按照 ①⑤②⑥③⑦….的顺序执行，P0 和 P1 将会同时访问临界区。
因此，双标志先检查法的主要问题是：违反“忙则等待”原则。
原因在于，进入区的“检查”和“上锁” 两个处理不是一气呵成的。“检查”后，“上锁”前可能发生进程切换。

2.1.3 双标志后检查法

算法思想：双标志先检查法的改版。前一个算法的问题是先“检查”后“上锁”，但是这两个操作又
无法一气呵成，因此导致了两个进程同时进入临界区的问题。因此，人们又想到先“上锁”后“检查”的方法，来避免上述问题。

若按照 ①⑤②⑥….的顺序执行，P0 和 P1 将都无法进入临界区
因此，双标志后检查法虽然解决了“忙则等待”的问题，但是又违背了“空闲让进”和“有限等待”原则，会因各进程都长期无法访问临界资源而产生“饥饿”现象。
两个进程都争着想进入临界区，但是谁也不让谁，最后谁都无法进入临界区。

2.1.4 Peterson 算法

算法思想：结合双标志法、单标志法的思想。如果双方都争着想进入临界区，那可以让进程尝试“孔融让梨”（谦让）。做一个有礼貌的进程。

Peterson 算法用软件方法解决了进程互斥问题，遵循了空闲让进、忙则等待、有限等待 三个原则，但是依然未遵循让权等待的原则。
Peterson 算法相较于之前三种软件解决方案来说，是最好的，但依然不够好。

2.1.4 小结

2.2 硬件实现方法

2.2.1 中断屏蔽方法

利用“开/关中断指令”实现（与原语的实现思想相同，即在某进程开始访问临界区到结束访问为止都不允许被中断，也就不能发生进程切换，因此也不可能发生两个同时访问临界区的情况）

优点：简单、高效

缺点：不适用于多处理机；只适用于操作系统内核进程，不适用于用户进程（因为开/关中断指令只能运行在内核态，这组指令如果能让用户随意使用会很危险）

2.2.2 TestAndSet指令

简称 TS 指令，也有地方称为 TestAndSetLock 指令，或 TSL 指令 TSL 指令是用硬件实现的，执行的过程不允许被中断，只能一气呵成。以下是用C语言描述的逻辑

若刚开始 lock 是 false，则 TSL 返回的 old 值为 false，while 循环条件不满足，直接跳过循环，进入临界区。
若刚开始 lock 是 true，则执行 TLS 后 old 返回的值为 true，while 循环条件满足，会一直循环，直到当前访问临界区的进程在退出区进行“解锁”。
相比软件实现方法，TSL 指令把“上锁”和“检查”操作用硬件的方式变成了一气呵成的原子操作。

优点：实现简单，无需像软件实现方法那样严格检查是否会有逻辑漏洞；适用于多处理机环境
缺点：不满足“让权等待”原则，暂时无法进入临界区的进程会占用CPU并循环执行TSL指令，从而导致“忙等”。

2.2.3 Swap指令

有的地方也叫 Exchange 指令，或简称 XCHG 指令。

Swap 指令是用硬件实现的，执行的过程不允许被中断，只能一气呵成。以下是用C语言描述的逻辑

逻辑上来看 Swap 和 TSL 并无太大区别，都是先记录下此时临界区是否已经被上锁（记录在 old 变量上），再将上锁标记 lock 设置为 true，最后检查 old，如果 old 为 false 则说明之前没有别的进程对临界区上锁，则可跳出循环，进入临界区。

优点：实现简单，无需像软件实现方法那样严格检查是否会有逻辑漏洞；适用于多处理机环境 缺点：不满足“让权等待”原则，暂时无法进入临界区的进程会占用CPU并循环执行TSL指令，从 而导致“忙等”。

2.2.4 小结

三、信号量

3.1 信号量机制

复习回顾+思考：之前学习的这些进程互斥的解决方案分别存在哪些问题？
进程互斥的四种软件实现方式（单标志法、双标志先检查、双标志后检查、Peterson算法）
进程互斥的三种硬件实现方式（中断屏蔽方法、TS/TSL指令、Swap/XCHG指令）

1. 在双标志先检查法中，进入区的“检查”、“上锁” 操作无法一气呵成，从而导致了两个进程有可能同时进入临界区的问题；
2. 所有的解决方案都无法实现“让权等待”

1965年，荷兰学者Dijkstra提出了一种卓有成效的实现进程互斥、同步的方法——信号量机制

用户进程可以通过使用操作系统提供的一对原语来对信号量进行操作，从而很方便的实现了进程互斥、进程同步。

信号量其实就是一个变量 ，可以用一个信号量 来表示系统中某种资源的数量，比如：系统中只有一台打印机，就可以设置一个初值为 1 的信号量。

原语是一种特殊的程序段，其执行只能一气呵成，不可被中断。原语是由关中断/开中断指令实现 的。软件解决方案的主要问题是由“进入区的各种操作无法一气呵成”，因此如果能把进入区、退 出区的操作都用“原语”实现，使这些操作能“一气呵成”就能避免问题。

一对原语：wait(S) 原语和 signal(S) 原语，可以把原语理解为我们自己写的函数，函数名分别为 wait 和 signal，括号里的信号量 S 其实就是函数调用时传入的一个参数。

wait、signal 原语常简称为 P、V操作（来自荷兰语 proberen 和 verhogen）。因此，做题的时候常把 wait(S)、signal(S) 两个操作分别写为 P(S)、V(S)

3.1.1 整型信号量

用一个整数型的变量作为信号量，用来表示系统中某种资源的数量。

与普通整数变量的区别： 对信号量的操作只有三种， 即 初始化、P操作、V操作

存在的问题：不满足“让权等待” 原则，会发生“忙等”

3.1.2 记录型信号量

整型信号量的缺陷是存在“忙等”问题，因此人们又提出了“记录型信号量”，即用记录型数据结构表示的信号量。

wait(S)、signal(S) 也可以记为 P(S)、V(S)， 这对原语可用于实现系统资源的“申请”和“释放”。

S.value 的初值表示系统中某种资源的数目。

对信号量 S 的一次 P 操作意味着进程请求一个单位的该类资源，因此需要执行 S.value–，表示资源数减1，当 S.value < 0 时表示该类资源已分配完毕，因此进程应调用 block 原语进行自我阻塞（当前运行的进程从运行态 ->阻塞态），主动放弃处理机，并插入该类资源的等待队列 S.L 中。可见，该机制遵循了“让权等待”原则， 不会出现“忙等”现象。

对信号量 S 的一次 V 操作意味着进程释放一个单位的该类资源，因此需要执行 S.value++，表示资源数加1， 若加1后仍是 S.value <= 0，表示依然有进程在等待该类资源，因此应调用 wakeup 原语唤醒等待队列中的第一 个进程（被唤醒进程从阻塞态->就绪态）。

示例

按p0,p1,p2,p3的顺序执行，执行完一轮，p0,p1使用打印机，p2,p3进入等待队列

紧接着p0执行完释放资源，由于value<=0说明有人在等待资源，唤醒等待队列的队头，p2被唤醒得以使用打印机

然后p2使用完打印机后，释放资源，由于value<=0说明有人在等待资源，唤醒等待队列的队头，p3被唤醒得以使用打印机

3.1.3 小结

3.2 用信号量机制实现进程互斥、同步、前驱关系

Tips：不要一头钻到代码里，要注意理解信号量背后的含义，一个信号量对应一种资源

信号量的值 = 这种资源的剩余数量（信号量的值如果小于0，说明此时有进程在等待这种资源。）

P( S ) —— 申请一个资源S，如果资源不够就阻塞等待
V( S ) —— 释放一个资源S，如果有进程在等待该资源，则唤醒一个进程

3.2.1 信号量机制实现进程互斥

1. 分析并发进程的关键活动，划定临界区（如：对临界资源打印机的访问就应放在临界区）
2. 设置互斥信号量 mutex，初值为 1
3. 在进入区 P(mutex)——申请资源
4. 在退出区 V(mutex)——释放资源

注意：对不同的临界资源需要设置不同的互斥信号量。

P、V操作必须成对出现。缺少 P(mutex) 就不能保证临界资源的互斥访问。缺少 V(mutex) 会导致资源永不被释放，等待进程永不被唤醒。

3.2.2 信号量机制实现进程同步

进程同步：要让各并发进程按要求有序地推进。

比如，P1、P2 并发执行，由于存在异步性，因此二者交替推进的次序是不确定的。

若 P2 的“代码4”要基于 P1 的“代码1”和“代码2”的运行结果才能执行，那么我 们就必须保证“代码4”一定是在“代码2”之后才会执行。

这就是进程同步问题，让本来异步并发的进程互相配合，有序推进。

用信号量实现进程同步：

1. 分析什么地方需要实现“同步关系”，即必须保证“一前一后”执行的两个操作（或两句代码）
2. 设置同步信号量 S, 初始为 0
3. 在“前操作”之后执行 V(S)
4. 在“后操作”之前执行 P(S)

技巧口诀：前V后P

若**先执行到 V(S)** 操作，则 **S++ 后 S=1**。
之后**当执行到 P(S)** 操作时，
由于 **S=1，表示有可用资源**，会执行 S--，S 的值变回 0，
**P2 进程不会执行 block 原语**，**而是继续往下执行**代码4。

若**先执行到 P(S)** 操作，由于 **S=0，
S-- 后 S=-1**，表示此时没有可用资源，
因此**P操作中会执行 block 原语，主动请求阻塞**。
之后**当执行完代码2，继而执行 V(S)** 操作， 
**S++，使 S 变回 0**，由于**此时有进程在该信号量对应的阻塞队列中**，
因此会**在 V操作中执行 wakeup 原语，唤醒 P2 进程**。这样 **P2 就可以继续执行 代码4** 了

3.2.3 信号量机制实现前驱关系

进程 P1 中有句代码 S1，P2 中有句代码 S2 ，P3中有句代码S3 …… P6 中有句代码 S6。这些代码要求 按如下前驱图所示的顺序来执行：

其实每一对前驱关系都是一个进程同步问题（需要保证一前一后的操作） 因此，

1. 要为每一对前驱关系各设置一个同步信号量
2. 在“前操作”之后对相应的同步信号量执行 V 操作
3. 在“后操作”之前对相应的同步信号量执行 P 操作

3.2.4 小结

3.3 生产者和消费者问题

3.3.1 单类生产者消费者

问题描述

系统中有一组生产者进程和一组消费者进程，生产者进程每次生产一个产品放入缓冲区，消费者 进程每次从缓冲区中取出一个产品并使用。（注：这里的“产品”理解为某种数据）
生产者、消费者共享一个初始为空、大小为n的缓冲区。
只有缓冲区没满时，生产者才能把产品放入缓冲区，否则必须等待。
只有缓冲区不空时，消费者才能从中取出产品，否则必须等待。
缓冲区是临界资源，各进程必须互斥地访问。

分析

实现

能否改变相邻P、V操作的顺序

若此时缓冲区内已经放满产品，则 empty=0，full=n。

则生产者进程执行① 使mutex变为0，再执行②，由于已没有空闲缓冲区，因此生产者被阻塞。 由于生产者阻塞，因此切换回消费者进程。消费者进程执行③，由于mutex为0，即生产者还没 释放对临界资源的“锁”，因此消费者也被阻塞。

这就造成了生产者等待消费者释放空闲缓冲区，而消费者又等待生产者释放临界区的情况，生 产者和消费者循环等待被对方唤醒，出现“死锁”。

同样的，若缓冲区中没有产品，即full=0，empty=n。按③④① 的顺序执行就会发生死锁。 因此，实现互斥的P操作一定要在实现同步的P操作之后。

V操作不会导致进程阻塞，因此两个V操作顺序可以交换。

小结

生产者消费者问题是一个互斥、同步的综合问题。

最难的是发现题目中隐含的两对同步关系。

有时候是消费者需要等待生产者生产，有时候是生产者要等待消费者消费，这是两个不同的“一 前一后问题”，因此也需要设置两个同步信号量。

易错点：实现互斥和实现同步的两个P操作的 先后顺序（死锁问题）

3.3.2 多类生产者和消费者

问题描述

桌子上有一只盘子，每次只能向其中放入一个水果。爸爸专向盘子中放苹果，妈妈专向盘子中放 橘子，儿子专等着吃盘子中的橘子，女儿专等着吃盘子中的苹果。只有盘子空时，爸爸或妈妈才 可向盘子中放一个水果。仅当盘子中有自己需要的水果时，儿子或女儿可以从盘子中取出水果。 用PV操作实现上述过程。

问题分析

实现

如果不设置mutex互斥信号量

进程即使上处理机运行也会被阻塞。如果刚开始是父亲进程先上处理机运行，则： 父亲 P(plate)，可以访问盘子->母亲 P(plate)，阻塞等待盘子->父亲放入苹果 V(apple)，女儿进程被唤醒，其他进 程即使运行也都会阻塞，暂时不可能访问临界资源（盘子）->女儿 P(apple)，访问盘子，V(plate)，等待盘子的母 亲进程被唤醒->母亲进程访问盘子（其他进程暂时都无法进入临界区）->……

可以发现仍能顺利执行，原因在于：本题中的缓冲区大小为1，在任 何时刻，apple、orange、plate 三个同步信 号量中最多只有一个是1。因此在任何时刻， 最多只有一个进程的P操作不会被阻塞，并顺利地进入临界区…

如果盘子（缓冲 区）容量为2

父亲 P(plate)，可以访问盘子->母亲 P(plate)，可以访问盘子->父亲在往盘子里放苹果，同时母亲也可以往盘子里放橘子。于是就出现了两个进程同时访问缓冲区的情况，有可能导致两个进程写入缓冲区的数据相互覆盖的情况。
因此，如果缓冲区大小大于1，就必须专门设置一个互斥信号量 mutex 来保证互斥访问缓冲区。

小结

总结：在生产者-消费者问题中，如果缓冲区大小为1，那么有可能不需要设置互斥信号量就可以实现互斥访问缓冲区的功能。当然，这不是绝对的，要具体问题具体分析。

如果来不及仔细分析，可以加上互斥信号量，保证各进程一定会互斥地访问缓冲区。 但需要注意的是，实现互斥的P操作一定要在实现同步的P操作之后，否则可能引起“死锁”。

解决“多生产者-多消费者问题”的关键在于理清复杂的同步关系。
在分析同步问题（一前一后问题）的时候不能从单个进程行为的角度来分析，要把“一前一后”发生
的事看做是两种“事件”的前后关系。
比如，如果从单个进程行为的角度来考虑的话，我们会有以下结论：
如果盘子里装有苹果，那么一定要女儿取走苹果后父亲或母亲才能再放入水果
如果盘子里装有橘子，那么一定要儿子取走橘子后父亲或母亲才能再放入水果
这么看是否就意味着要设置四个同步信号量分别实现这四个“一前一后”的关系了？
正确的分析方法应该从“事件”的角度来考虑，我们可以把上述四对“进程行为的前后关系”抽象为
一对“事件的前后关系”
盘子变空事件->放入水果事件。“盘子变空事件”既可由儿子引发，也可由女儿引发；“放水果事件”
既可能是父亲执行，也可能是母亲执行。这样的话，就可以用一个同步信号量解决问题了

3.4 吸烟者问题

描述

假设一个系统有三个抽烟者进程和一个供应者进程。每个抽烟者不停地卷烟并抽掉它，但是要卷 起并抽掉一支烟，抽烟者需要有三种材料：烟草、纸和胶水。三个抽烟者中，第一个拥有烟草、 第二个拥有纸、第三个拥有胶水。供应者进程无限地供三种材料，供应者每次将两种材料放桌 子上，拥有剩下那种材料的抽烟者卷一根烟并抽掉它，并给供应者进程一个信号告诉完成了，供 应者就会放另外两种材料再桌上，这个过程一直重复（让三个抽烟者轮流地抽烟）

分析

实现

小结

吸烟者问题可以为我们解决“可以生产多个产品的单生产者”问题供一个思路。 值得吸取的精华是：“轮流让各个吸烟者吸烟”必然需要“轮流的在桌上放上组合一、二、三”，注 意体会我们是如何用一个整型变量 i 实现这个“轮流”过程的。

如果题目改为“每次随机地让一个吸烟者吸烟”，我们有应该如何用代码写出这个逻辑呢？写一个random函数

若一个生产者要生产多种产品（或者说会引发多种前驱事件），那么各个V操作应该放在各自对应的 “事件”发生之后的位置。

3.5 读者-写者 问题

问题描述

有读者和写者两组并发进程，共享一个文件，当两个或两个以上的读进程同时访问共享数据时不 会产生副作用，但若某个写进程和其他进程（读进程或写进程）同时访问共享数据时则可能导致 数据不一致的错误。因此要求：①允许多个读者可以同时对文件执行读操作；②只允许一个写者 往文件中写信息；③任一写者在完成写操作之前不允许其他读者或写者工作；④写者执行写操作 前，应让已有的读者和写者全部退出。

分析

实现

思考：若两个读进程并发执行，则 count=0 时两个进程也许都能满足 if 条件，都会执行 P(rw)，从而使第二个读进程阻塞的情况。

如何解决：出现上述问题的原因在于对 count 变量的检查和赋值无法一气呵成，因此可以设置另一个互斥信号量来保证各读进 程对count 的访问是互斥的。

因此修改读进程

reader (){
    while(1){
        P(mutex); //各读进程互斥访问count
            if(count==0) //由第一个读进程负责
           	 	P(rw); //读之前“加锁”
            count++; //访问文件的读进程数+1
        V(mutex);
        读文件…
        P(mutex); //各读进程互斥访问count
            count--; //访问文件的读进程数-1
            if(count==0) //由最后一个读进程负责
          	  	V(rw); //读完了“解锁”
        V(mutex);
    }
}

潜在的问题：只要有读进程还在读，写进程就要一直阻塞等待，可能“饿死”。 因此，这种算法中，读进程是优先的

如何解决

小结

读者-写者问题为我们解决复杂的互斥问题供了一个参考思路。 其核心思想在于设置了一个计数器 count 用来记录当前正在访问共享文件的读进程数。我们可以用 count 的值来判断当前进入的进程是否是第一个/最后一个读进程，从而做出不同的处理。 另外，对 count 变量的检查和赋值不能一气呵成导致了一些错误，如果需要实现“一气呵成”，自 然应该想到用互斥信号量。

最后，还要认真体会我们是如何解决“写进程饥饿”问题的。

3.6 哲学家问题

一张圆桌上坐着5名哲学家，每两个哲学家之间的桌上摆一根筷子，桌子的中间是一碗米饭。哲学 家们倾注毕生的精力用于思考和进餐，哲学家在思考时，并不影响他人。只有当哲学家饥饿时， 才试图拿起左、右两根筷子（一根一根地拿起）。如果筷子已在他人手上，则需等待。饥饿的哲 学家只有同时拿起两根筷子才可以开始进餐，当进餐完毕后，放下筷子继续思考。

分析

1. 关系分析。系统中有5个哲学家进程，5位哲学 家与左右邻居对其中间筷子的访问是互斥关系。
2. 整理思路。这个问题中只有互斥关系，但与之前 遇到的问题不同的事，每个哲学家进程需要同时 持有两个临界资源才能开始吃饭。如何避免临界 资源分配不当造成的死锁现象，是哲学家问题的 精髓。

实现

1.设置型号量组，发现会导致死锁

信号量设置。定义互斥信号量数组 chopstick[5]={1,1,1,1,1} 用于实现对5个筷子的互 斥访问。并对哲学家按0~4编号，哲学家 i 左边 的筷子编号为 i，右边的筷子编号为 (i+1)%5

2.另外两种实现思路

3.仅当一个哲学家左右两支筷子都 可用时才允许他抓起筷子。

小结

哲学家进餐问题的关键在于解决进程死锁。 这些进程之间只存在互斥关系，但是与之前接触到的互斥关系不同的是，每个进程都需要同时持有 两个临界资源，因此就有“死锁”问题的隐患。

四、管程

4.1 管程的定义和基本特征

管程是一种特殊的软件模块，有这些部分组成：

1. 局部于管程的共享数据结构说明；
2. 对该数据结构进行操作的一组过程；
3. 对局部于管程的共享数据设置初始值的语句；
4. 管程有一个名字。

小Tips: “过程”其实就是“函数”

管程的基本特征：

1. 局部于管程的数据只能被局部于管程的过程所访问；
2. 一个进程只有通过调用管程内的过程才能进入管程访问共享数据；
3. 每次仅允许一个进程在管程内执行某个内部过程。

4.2 用管程解决生产者消费者问题

引入管程的目的无非就是要更方便地实现进程互斥和同步。

1. 需要在管程中定义共享数据（如生产者消费者问题的缓冲区）
2. 需要在管程中定义用于访问这些共享数据的“入口”——其实就是一些函数（如生产者消费者 问题中，可以定义一个函数用于将产品放入缓冲区，再定义一个函数用于从缓冲区取出产品）
3. 只有通过这些特定的“入口”才能访问共享数据
4. 管程中有很多“入口”，但是每次只能开放其中一个“入口”，并且只能让一个进程或线程进入（如生产者消费者问题中，各进程需要互斥地访问共享缓冲区。管程的这种特性即可保证一 个时间段内最多只会有一个进程在访问缓冲区。注意：这种互斥特性是由编译器负责实现的， 程序员不用关心）
5. 可在管程中设置条件变量及等待/唤醒操作以解决同步问题。可以让一个进程或线程在条件变量 上等待（此时，该进程应先释放管程的使用权，也就是让出“入口”）；可以通过唤醒操作将 等待在条件变量上的进程或线程唤醒。
6. 程序员可以用某种特殊的语法定义一个管程（比如: monitor ProducerConsumer …… end monitor;）， 之后其他程序员就可以使用这个管程供的特定“入口”很方便地使用实现进程同步/互斥了。（其实是一种“封装”思想）

4.3 Java 中类似于管程的机制

Java 中，如果用关键字 synchronized 来描述一个函数，那么这个函数同一时间段内只能被一个线程调用

4.4 小结

参考视频：王道计算机考研 操作系统