面试题：进程管理：进程程序段与数据段在进程同步中的协同作用

常用进程同步方法对共享数据段访问的协调

信号量（Semaphore）：
- 信号量是一个整型变量，它通过一个计数器来控制对共享资源的访问。
- 当进程想要访问共享数据段时，它首先尝试获取信号量（将计数器减1）。如果计数器的值大于0，获取成功，进程可以访问共享数据；如果计数器的值为0，进程会被阻塞，直到其他进程释放信号量（将计数器加1）。
- 例如，假设有一个共享缓冲区，信号量初始值设为缓冲区的容量。生产者进程每次向缓冲区写入数据前获取信号量，如果信号量计数器大于0，意味着缓冲区有空间，生产者可以写入，然后释放信号量；消费者进程每次从缓冲区读取数据前也获取信号量，读取后释放信号量。这样就保证了对共享缓冲区这一共享数据段的有序访问。
互斥锁（Mutex）：
- 互斥锁本质上是一种特殊的二元信号量（值为0或1）。
- 当进程想要访问共享数据段时，它尝试获取互斥锁。如果互斥锁的值为1（表示未被占用），获取成功，进程可以访问共享数据，并将互斥锁的值设为0（表示已被占用）；当进程访问完共享数据后，释放互斥锁，将其值设为1。
- 若互斥锁的值为0（已被其他进程占用），当前进程会被阻塞，直到持有互斥锁的进程释放它。这就确保了在同一时刻只有一个进程能够访问共享数据段，避免了数据竞争。

生产者 - 消费者模型示例

使用Python和多进程模块以及信号量实现：

import multiprocessing
import time


# 缓冲区大小
BUFFER_SIZE = 5
# 信号量，初始值为缓冲区大小
empty = multiprocessing.Semaphore(BUFFER_SIZE)
# 信号量，初始值为0
full = multiprocessing.Semaphore(0)
# 互斥锁
mutex = multiprocessing.Lock()
# 共享缓冲区
buffer = multiprocessing.Array('i', [0] * BUFFER_SIZE)
in_index = 0
out_index = 0


def producer(id):
    global in_index
    while True:
        empty.acquire()  # 获取空缓冲区信号量
        mutex.acquire()  # 加锁
        item = id * 10 + in_index
        buffer[in_index] = item
        print(f"Producer {id} produced {item}")
        in_index = (in_index + 1) % BUFFER_SIZE
        mutex.release()  # 解锁
        full.release()  # 释放满缓冲区信号量
        time.sleep(1)


def consumer(id):
    global out_index
    while True:
        full.acquire()  # 获取满缓冲区信号量
        mutex.acquire()  # 加锁
        item = buffer[out_index]
        print(f"Consumer {id} consumed {item}")
        out_index = (out_index + 1) % BUFFER_SIZE
        mutex.release()  # 解锁
        empty.release()  # 释放空缓冲区信号量
        time.sleep(1)


if __name__ == '__main__':
    producer1 = multiprocessing.Process(target=producer, args=(1,))
    consumer1 = multiprocessing.Process(target=consumer, args=(1,))
    producer1.start()
    consumer1.start()
    producer1.join()
    consumer1.join()

代码解释：
- empty信号量控制缓冲区的空闲空间，初始值为BUFFER_SIZE。
- full信号量控制缓冲区中的数据，初始值为0。
- mutex互斥锁保证对共享缓冲区buffer的互斥访问。
- producer函数模拟生产者，每次生产一个数据前先获取empty信号量，获取成功后加锁，将数据放入缓冲区，解锁并释放full信号量。
- consumer函数模拟消费者，每次消费数据前先获取full信号量，获取成功后加锁，从缓冲区取出数据，解锁并释放empty信号量。

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面试题：进程管理：进程程序段与数据段在进程同步中的协同作用

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常用进程同步方法对共享数据段访问的协调

生产者 - 消费者模型示例