面试题：进程管理：进程间资源竞争的常见场景及解决方式

Question

请描述进程间资源竞争可能出现的常见场景，并阐述至少两种解决进程间资源竞争的方式及其原理。

Answer 1

常见场景

1. 文件资源竞争：多个进程同时尝试读写同一个文件。比如，进程A正在写入文件时，进程B也试图读取或写入该文件，可能导致数据不一致或文件损坏。
2. 内存资源竞争：在共享内存区域，不同进程对同一块内存进行操作。例如，进程C向共享内存写入数据，进程D同时也在修改这块内存，造成数据混乱。
3. 设备资源竞争：像打印机这类独占设备，多个进程都想使用它。若没有合理分配，可能导致打印任务混乱。

解决方式及原理

1. 信号量（Semaphore）
   • 原理：信号量是一个整型变量，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资源时，先获取信号量（计数器减1）。若计数器为0，则表示资源已被占用，进程需等待。当进程使用完资源后，释放信号量（计数器加1），让其他进程有机会获取。例如，有一个信号量S初始值为1，代表某共享资源初始可用。进程P1获取S，S值变为0，此时其他进程不能获取，只能等待。P1使用完资源释放S，S值变回1，其他进程可获取。
2. 互斥锁（Mutex）
   • 原理：互斥锁本质上是一种特殊的二元信号量（值为0或1）。它用于保证在同一时刻只有一个进程能够访问共享资源，就像一把锁。当进程要访问共享资源时，先尝试获取互斥锁（将锁的状态设为已锁定）。若锁已被其他进程锁定，该进程就会阻塞等待。当进程使用完资源后，释放互斥锁（将锁的状态设为未锁定），让其他进程可以获取。例如，进程Q1获取互斥锁进入临界区访问共享资源，期间其他进程无法获取该锁，直到Q1释放锁。