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  • 并发进程在访问共享资源
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    2020-12-21 20:49:37

    题一:设系统中有9个并发进程,共同竞争的R1类资源有87个为使系统一定不会发生死锁;每个进程需要R1类资源最多为

    公式:

    n*(m-1)+1 <= R
    

    其中n为并发进程数, m为每个进程最多所需R1类资源数, R为R1类资源总数

    解释:

    最坏的情况下, 是每个进程分配的资源数为m-1, 这种情况下只要在分配1个资源给任意进程就可以避免死锁, 所以 n*(m-1)+1 要小于等于总资源数才能避免死锁。

    所以该题的解为:

    设每个进程需要R1类资源最多为m个
    9*(m-1)+1 <= 87
    m <= 95/9
    所以m取小于95/9的最大整数, 即10
    答案:10
    

    题二:设系统中有9个并发进程,共同竞争的同类资源有79个,为使系统有可能会发生死锁,每个进程申请该类资源最少为()

    公式:

    n*(m-1)+1 > R
    

    解:

    设每个进程申请该类资源最多为m个
    9*(m-1)+1 > 79
    m>87/9
    答案:10
    

    同类题

    1、设系统中有n个进程并发,共同竞争资源X,且每个进程都需要m个X资源,为使该系统不会发生死锁,资源X的数量至少为()

    A、n * m+1   B、n * m+n   C、n * m+1-n   D、无法预计

    2、设系统中有9个并发进程,共同竞争的同类资源有79个,为使系统有可能会发生死锁,每个进程申请该类资源最少为()

    A、9   B、10   C、11   D、12

    3、设系统中共有并发进程8个,每个进程申请R1类资源最多为8个,为使系统有可能发生死锁,问R1类资源最多为()

    A、63   B、56   C、7   D、57

    4、设系统共同竞争的同类资源有46个,参与竞争的并发进程为5个,为使系统一定不会发生死锁,每个进程最多需要该类资源()

    A、9   B、10   C、11   D、8

    解析:

    1、C

    系统不会发生死锁,求资源X的最少数量。

    首先为n个进程中的每个进程分配m-1个资源;这样的情况下,只要再有一个资源X,那么肯定有一个进程可以正常进行,最后顺利释放自己占有的资源,从而使其他进程正常进行。

    所以,资源X的最少值为:n(m-1)+1 = R

    2、B

    系统有可能发生死锁,已知n和R,求m:n(m-1)+1 > R

    3、B

    系统有可能发生死锁,已知n和m,求R:n(m-1)+1 > R

    4、B

    系统一定不会发生死锁,求每个进程最需要该类资源的最大数量。

    已知n和R,求m:n(m-1)+1 ≤ R

    参考

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  • (5) 按银行家算法为进程分配资源,本次分配是否成功要显示出来(要能处理各种情况:可以满足这次请求、由于资源不够不能满足这次请求、由于可能产生不安全不能满足这次请求、请求不合理拒绝请求等) (6) 作业撤销时要...
  • 3-进程并发控制1

    2022-08-03 21:33:40
    1. 临界区 : 并发进程访问临界资源的那段必须互斥执的程序 2. 临界资源 : 次仅允许个进程使的系统中的共享资源 3. 程序进临界区的准则 1. 互斥使 :
  • 多道程序设计的系统中同时存在着许多... 解决并发进程之间的错误关键就是解决共享变量的访问方式,当多个进程都想访问共享变量时,我们一定要管理好各个进程的使用规律,不然的话程序就会出错。采用PV操作,让相关进

        在多道程序设计的系统中同时存在着许多进程。他们可能同时装入主存,等待处理器的调度,这就形成的并发进程。对于单核处理器来说,并发进程并不是多个进程同时占用处理器同时执行,而是同时装入主存,至于进程什么时候被执行,这要看进程的调度策略啦! 谈到并发进程,我就想到进程的并发会产生许多错误,这些错误在我们在设计系统或者编写软件时都是尽量要避免的。 

        那么进程的并发执行为什么会产生错误那?归根到底是并发进程访问共享变量的事,当多个进程访问共享变量的过程中,就有可能会产生与时间有关的错误,或者是死锁。

        一、导图分析


       二、导图分析

       说到进程访问共享资源,我觉得首先先明白进程的同步与进程的互斥问题。

       1、进程的互斥:指当有若干个进程都要使用某一共享资源时,任何时候最多只允许一个进程去使用共享资源,其他要使用的进程必须等待,知道该资源的占用者释放了该资源。

       2、进程的同步:在并发进程之间存在一种制约关系,一个进程的执行依赖另一个进程的消息,当一个进程没有得到另一个进程的消息时应该等待,知道消息到达后才被唤醒。

       3、与时间有关的错误:多个进程共同执行时,交替的访问了共享变量,但是有一个进程由于自身原因或者外界原因被中断了后,稍后又接着执行,最后导致运行结果出错。

       例如:

       某小区有两扇门,其中一扇门是入口,另一扇门是出口,用一个计数器count显示在小区的人数,当有人进入时,由进程PIN实现计数加一,当有人退出时,由进程POUT减一。这两个进程如下

    <span style="font-family:KaiTi_GB2312;font-size:18px;">begin
         count: interge                                                               
         count: =0
    cobegin
    process PIN 
         R1: integer;
    begin
         R1:=count;
         R1:=R1+1;
         count: =R1;
    end ;
    
    process POUT 
         R2: integer;
    begin
         R2:= count;
         R2:=R2-1;
         count:=R2;
    end;
    coend;
    end;</span>
        假定某个时候的计数值count=n,这时有一个人要进入,正好有一个同时要出去,于是进程PIN和POUT同时都要执行,如果进程PIN和POUT都没有被打断,那么各自完成了count+1和count-1操作,count还是n,但是若果被打断了PIN操作,看下图



    这样执行过后,结果会变成n+1,这就是与时间有关的错误的实例。

        解决办法:采用PV操作,引进PV操作会引进一个叫临界区的名词,临界区是指并发进程中与共享变量有关的程序段。相关临界区是指并发进程中设计到相同变量的那些临界区。PV操作的原理是保证一个进程在临界区执行时,不让另一个进程进入相关临界区执行,即个进程对共享变量的访问是互斥的,这就不会造成与时间有关的错误。对于上面表格的一个例子来说,当进程PIN被打断后,POU不能访问共享变量count,直到PIN进程结束后才让POUT访问,这样最后的结果就正确了。

       三、小结

        解决并发进程之间的错误关键就是解决共享变量的访问方式,当多个进程都想访问共享变量时,我们一定要管理好各个进程的使用规律,不然的话程序就会出错。采用PV操作,让相关进程互斥的进入各自的临界区执行,这样就解决了并发进程间与时间有关的错误。好了,并发进程访问共享变量时,还会产生死锁,要想看死锁的形成原因及解决办法,请关注我的下一篇博客!

    展开全文
  • 但是进程之间都是运行一个操作系统上,进程之间数据不共享,但是共享同一套文件系统,所以访问同一个文件,或同一个打印终端, 是可以的,而共享带来的是竞争,竞争带来的结果就是错乱 #并发运行,效率高,但竞争同一...
  • 有关银行家算法,用C++实现,整个系统可以直接使用。
  • 并发执行 B.顺序执行 C.并行执行 D.同时执行2. 引入多道程序设计技术后,处理器的利用率( )。 A.无改善 B.极大地提高 C.降低了 D.无变化,仅使程序执行方便3.计算机系统采用多道程序设计技术后,( )。 A...

    第二章 进程管理 练习题
    (一)单项选择题
    1.多道程序设计系统中,让多个计算问题同时装入计算机系统的主存储器( A  )。 
    A.并发执行  B.顺序执行  C.并行执行  D.同时执行
    2. 引入多道程序设计技术后,处理器的利用率(  b)。 
    A.无改善  B.极大地提高  C.降低了  D.无变化,仅使程序执行方便
    3.计算机系统采用多道程序设计技术后,( c )。 
    A.缩短了每个程序的执行时间  B.系统效率随并行工作道数成比例增长 
    C.提高了系统效率       D.使用设备时不会发生冲突
    4.进程是(d )。 
    A.一个系统软件  B.与程序概念等效  C.存放在内存中的程序  D.执行中的程序
    5.进程的(  a)和并发性是两个很重要的属性。
    A.动态性  B.静态性  C.易用性  D.顺序性
    6.已经获得除(  c)以外所有运行所需资源的进程处于就绪状态。 
    A.主存储器  B.打印机  C.CPU  D.磁盘空间
    7.在一个单处理器系统中,处于运行态的进程(  c)。 
    A.可以有多个  B.不能被打断  C.只有一个  D.不能请求系统调用
    8.对于一个单处理器系统来说,允许若干进程同时执行,轮流占用处理器.称它们为(  d)的。 
    A. 顺序执行 B. 同时执行 C. 并行执行 D. 并发执行
    9.操作系统根据(b  )控制管理进程,它是进程存在的标志。
    A.程序状态字  B.进程控制块  C.中断寄存器  D.中断装置
    10.若干个等待占有CPU并运行的进程按一定次序链接起来的队列为(  D)。
    A.运行队列  B.后备队列  C.等待队列  D.就绪队列
    11.临界区是指(A   )。
    A. 并发进程中用于实现进程互斥的程序段 B.并发进程中用于实现进程同步的程序段
    C.并发进程中用户实现进程通信的程序段 D.并发进程中与共享变量有关的程序段
    12.对于记录型信号量,在执行一次P操作时,信号量的值应(  C)。 
    A.不变   B.加1   C.减1  D.减指定数值
    13.在执行signal操作时,当信号量的值(  D )时,应释放一个等待该信号量的进程。
    A.0   B.<0   C.>=0   D.<=0
    14.wait、signal操作必须在屏蔽中断下执行,这种不可变中断的过程称为(B  )。
    A.初始化程序  B.原语  C.子程序  D.控制模块
    15.进程间的互斥与同步分别表示了各进程间的(  A)。 
    A.竞争与协作  B.相互独立与相互制约  C.不同状态  D.动态性与并发性
    16.并发进程在访问共享资源时的基本关系为(B  )。 
    A.相互独立与有交往的   B.互斥与同步 
    C.并行执行与资源共享   D.信息传递与信息缓冲
    17.在间接通信时,用send(N,M)原语发送信件,其中N表示( B )。
    A.发送信件的进程名  B.接收信件的进程名 C信箱名 D.信件内容
    18.下列对线程的描述中,(  B)是错误的。
    A.不同的线程可执行相同的程序 B.线程是资源分配单位
    C.线程是调度和执行单位  D.同一进程中的线程可共享该进程的主存空间
    (二)填空题
    1.多道程序设计提高了系统的吞吐量,但可能会__延长______某些程序的执行时间。 
    2.把一个程序在一个数据集上的一次执行称为一个__进程______。 
    3.程序是静止的,进程是__动态的______。
    4.进程的三种基本状态为:阻塞态、__就绪态______和运行态。 
    5.进程状态变化时,运行态和__就绪态______都有可能变为_阻塞态_______。 
    6.同时执行的进程是__并发______占用处理器的,这些进程可称为并发执行的。 
    7.每个进程都是有生命期的,即从__创建______到消亡。 
    8.操作系统依据___PCB_____对进程进行控制和管理。 
    9.进程有两种基本队列:___就绪队列_____和__阻塞队列______。 
    10.可再现性是指当进程再次重复执行时,必定获得_相同_____的结果。 
    11.一个进程的工作在没有全部完成之前,另一个进程就可以开始工作,则称这些进程为__并发执行____。 
    12.利用PV操作管理相关临界区时,必须成对出现,在进入临界区之前要调用__进入区(not P操作)____,在完成临界区操作后要调用__退出区(not V操作)____。
    13.若信号量的初值为1,用wait、signal操作能限制一次只有__1____个进程进入临界区操作。 
    14.用wait、signal操作实现进程同步时,调用__wait操作____测试消息是否到达,调用__signal操作____发送消息。 
    15.进程的互斥实际上是进程_同步_____的一种特殊情况。 
    16.wait、signal操作也可看作进程间的一种通信方式,由于只交换了少量的信息,故称为_低级通信方式_____。
    17.通过专门的通信机制实现进程间交换大量信息的通信方式称为__进程通信____。 
    18.最基本的通信原语有两条,它们是__send____原语和_receive_____原语。 
    19.线程是处理器的独立__调度____单位,多个线程可以__并发____执行。 
    20.线程在生命周期内会经历_等待_____、_就绪_____和__运行____之间各种状态变化。
    21.在用PV操作实现进程互斥时,调用__wait____相当于申请一个共享资源,调用___singl___相当于归还共享资源的使用权。 
    22.在多线程操作系统中,线程与进程的根本区别在于进程作为_资源分配_____单位,而线程是__调度和执行____单位。

     (三)简答题 (参考课件和教材)
    1.为什么要引入进程?进程和线程有什么区别?
    2.什么是临界资源、临界区?
    3.在生产者和消费者问题中,若对调生产者(或消费者)进程中的两个P操作和V操作,可能发生什么情况,试说明之。
    (四)算法题
    1. 假设司机和售票员的工作流程如下(司机:启动开车、正常行车、到站停车;售票员:开车门、关车门、售票),则用PV操作如何实现司机和售票员之间的同步(提示,初始状态为停车而还没开门状态,即乘客还没下车)。


    分析:首先确定进程间的关系。司机到站停车后,售票员方可工作。售票员关车门后,司机才能工作。因此,司机与售票员间是一种同步关系。
    再确定信号量及其值。司机设置信号量run,用于判断司机能否启动车辆,初值为0(因为初态是车已停但没开车门,得等关门后才能启动)。售票员设置信号量stop,用于判断是否停车,售票员是否能够开车门,初值为1(因为初态是停车状态)。
    Semaphore stop=1, run=0;
    Process driver()
    { while(1){
    P(run);
    启动车辆;
    正常行车;
    到站停车;
    V(stop); }
    }
    Process conductor()
    { while(1){
    P(stop);
    开门;
    关门;
    V(run);
    售票;}
    }


    2. 有一个仓库,可以存放A和B两种产品。要求:
    1)每次只能存入一种产品(A或B);
    2)−N<A产品数量−B产品数量<M。试用PV操作描述产品A与产品B的入库过程。
    分析:
    生产A的进程和生产B的进程之间存在互斥和同步关系,互斥访问仓库,A和B在数量上的同步,即条件2。
    设置互斥信号量mutex,用于互斥访问仓库,初值为1;设置同步信号量Sa,用于表示A和B所允许的最大数量之差,初值为M-1;设置同步信号量Sb,用于表示B和A所允许的最大数量之差,初值为N-1;
    对于Sa和Sb的理解:若只放A,而不放B,则A最多可放M-1个后被阻塞,因此生产A的进程每操作一次就应当将Sa-1,为0时就被阻塞;每当放入一个B,则可令Sa+1,表明A可以多一次放入的机会。同理,若只放入B,而不放A
    Semaphore mutex=1,Sa=M-1,Sb=N-1;
    Process A()
    {
    While(1)
    {
    P(Sa);
    P(mutex);
    A入库;
    V(mutex);
    V(Sb);
    }
    }
    Process B()
    {
    While(1)
    {
    P(Sb);
    P(mutex);
    B入库;
    V(mutex);
    V(Sa);
    }
    }




    3. 某博物馆最多可容纳500人同时参观,有一个出入口,该出入口一次仅允许一个人通过,请用PV操作实现上述过程中的同步和互斥关系。(提示:参观者的动作序列是进门、参观、出门)
    分析:出入口一次仅允许一个人通过,是临界资源,设置信号量door=1来互斥访问出入口;最多可容纳500人同时参观,需设置信号量number=500控制人数。
    visitori( )
    {
    While(1)
    {
    P(number); //看人数是否已满,若不满,则准备进入博物馆
    P(door) //出入口的互斥访问
    进门;
    V(door);
    参观;
    P(door) //出入口的互斥访问
    出门;
    V(door);
    V(number); //出门后,释放一个博物馆席位
    }
    }

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  • 实际应用中, 可能会是去 open 一个 I2C 设备节点, 这个 I2C 控制着一个 I2C 多路分配器(例如1分8) 8路 I2C 连接着8个相同的 ...为了多进程共同访问这个 I2C 资源, 就要用信号量做同步和互斥了 // semaphore.c #in...

    实际应用中, 可能会是去 open 一个 I2C 设备节点, 这个 I2C 控制着一个 I2C 多路分配器(例如1分8)
    8路 I2C 连接着8个相同的 I2C 设备(即 I2C 地址相同)
    这种情形就要确保同一时间8路中只能有1路 I2C 被读写, 否则 I2C 地址相同的设备将受干扰
    为了多进程共同访问这个 I2C 资源, 就要用信号量做同步和互斥了

    // semaphore.c
    
    #include <stdio.h>
    #include <unistd.h>
    #include <string.h>
    #include <assert.h>
    #include <errno.h>
    
    #include <sys/types.h>
    #include <sys/stat.h>
    #include <fcntl.h>
    
    #include <sys/types.h>
    #include <sys/ipc.h>
    #include <sys/sem.h>
    
    
    #define MY_SEM_KEY 0x1234ABCD
    
    
    // 在Linux宿主机输入命令: man semctl 可以看到这个结构体的定义
    union semun {
        int              val;    /* Value for SETVAL */
        struct semid_ds *buf;    /* Buffer for IPC_STAT, IPC_SET */
        unsigned short  *array;  /* Array for GETALL, SETALL */
        struct seminfo  *__buf;  /* Buffer for IPC_INFO (Linux-specific) */
    };
    
    
    static int sem_id = -1;
    
    // 为了防止因多个进程同时访问一个共享资源而引发的一系列问题, 将用到Linux的信号量(semaphore)
    // 信号量是用来调协进程对共享资源的访问, 保证同一时间只有一个进程(线程)在访问共享资源
    
    // IPC(包括消息队列, 共享内存, 信号量)的 xxxget() 创建操作时, 可以指定 IPC_CREAT 和 IPC_EXCL 选项.
    // 以共享内存为例:
    // 当只有 IPC_CREAT 选项时, 不管是否已存在该块共享内存, 都返回该共享内存的 ID, 若不存在则创建共享内存.
    // 当只有 IPC_EXCL 选项时, 不管有没有该快共享内存, shmget() 都返回 -1.
    // 当 IPC_CREAT | IPC_EXCL 时, 如果没有该块共享内存则创建并返回共享内存ID, 若已有该块共享内存则返回-1并设置errno = EEXIST.
    
    // 创建信号量
    static int CreateSemaphore(void)
    {
        int nRet = 0;
        int nsem = 1;
    
        if(sem_id == -1)
        {
            // semget() 函数创建一个信号量集或打开一个已存在的信号量集
            // nsem 指定集合中的信号量数
            // 返回的 sem_id 是一个信号量集, 而不是一个单独的信号量
            sem_id = semget((key_t)MY_SEM_KEY, nsem, 0666 | IPC_CREAT | IPC_EXCL);
            printf("semget id = %d\n", sem_id);
    
            if(sem_id == -1)
            {
                if(errno == EEXIST)
                {
                    printf("sem key [0x%X] exist, error: %s\n", MY_SEM_KEY, strerror(errno));
                    sem_id = semget((key_t)MY_SEM_KEY, nsem, 0666 | IPC_CREAT);
                    if(sem_id == -1)
                    {
                        printf("semget failed: %s\n", strerror(errno));
                        nRet = -1;
                    }
                }
                else
                {
                    printf("semget failed: %s\n", strerror(errno));
                    nRet = -1;
                }
            }
            else
            {
                printf("create sem key [0x%X] succeed\n", MY_SEM_KEY);
                nRet = SetSemValue();
                if(0 > nRet)
                {
                    printf("In CreateSemaphore(), call SetSemValue failed!\n");
                }
            }
        }
        return nRet;
    }
    
    // semget() 并不初始化各个信号量的值
    // 这个初始化必须通过 SETVAL (设置集合中的一个值) 或 SETALL (设置集合中的所有值) 调用 semctl() 来完成
    // SystemV信号量的设计中, 创建一个信号量集并将它初始化需要两次函数调用是一个致命的缺陷
    // 一个不完备的解决方案是: 在调用 semget() 时指定 IPC_CREAT | IPC_EXCL 标志
    // 这样只有一个进程(首先调用 semget() 的那个进程)创建所需信号量, 该进程随后初始化该信号量
    
    // 设置信号量
    static int SetSemValue(void)
    {
        int sem_num = 0; // sem_id 信号量集里的第一个信号量编号是 0
        union semun sem_union;
        sem_union.val = 1; // 设置编号为 0 的信号量初始值为 1
        assert(-1 != sem_id);
        if(semctl(sem_id, sem_num, SETVAL, sem_union) == -1)
        {
            printf("Failed to set semaphore\n");
            return -1;
        }
        return 0;
    }
    
    // 删除信号量
    static int DelSemValue(void)
    {
        int sem_num = 0; // sem_id 信号量集里的第一个信号量编号是 0
        union semun sem_union;
        assert(-1 != sem_id);
        if(semctl(sem_id, sem_num, IPC_RMID, sem_union) == -1)
        {
            printf("Failed to delete semaphore\n");
            return -1;
        }
        return 0;
    }
    
    // 由于信号量只能进行两种操作等待和发送信号, 即P(sv)和V(sv), 它们的行为是这样的:
    // P(sv): 如果sv的值大于 0, 就给它减1, 如果它的值为 0, 就挂起该进程的执行(阻塞)
    // V(sv): 如果有其他进程因等待 sv 而被挂起, 就让它恢复运行, 如果没有进程因等待sv而挂起, 就给它加 1
    // 举个例子:
    // 两个进程共享信号量 sv, 一旦其中一个进程执行了 P(sv) 操作, 它将得到信号量, 使 sv 减 1
    // 而第二个进程当它试图执行 P(sv) 时, 由于 sv 为 0, 它会被挂起(阻塞)
    // 待第一个进程执行 V(sv) 释放信号量之后, 这时第二个进程就可以恢复执行
    
    // 设置阻塞
    static int SemaphoreP(void)
    {
        struct sembuf sem_b;
        sem_b.sem_num = 0; // 指定要操作集合中编号为 0 的那个信号量
        sem_b.sem_op = -1; // 因该信号量初始值为 1, 此时给它减 1 让其值为 0
        sem_b.sem_flg = SEM_UNDO;
        assert(-1 != sem_id);
        if(semop(sem_id, &sem_b, 1) == -1)
        {
            printf("SemaphoreP failed\n");
            return -1;
        }
        return 0;
    }
    
    // 清除阻塞
    static int SemaphoreV(void)
    {
        struct sembuf sem_b;
        sem_b.sem_num = 0; // 指定要操作集合中编号为 0 的那个信号量
        sem_b.sem_op = 1;  // 因该信号量之前被减过 1 了, 值为 0了, 此时给它加 1 让其值恢复为 1
        sem_b.sem_flg = SEM_UNDO;
        assert(-1 != sem_id);
        if(semop(sem_id, &sem_b, 1) == -1)
        {
            printf("SemaphoreV failed\n");
            return -1;
        }
        return 0;
    }
    
    // 操作临界区(操作共享的资源)
    int HandleCriticalZone(void)
    {
        int ret = 0;
        int fd = 0;
        int w_ret = 0;
        char str[64] = {0};
    
        ret = CreateSemaphore();
        if(ret < 0)
        {
            printf("CreateSemaphore failed!\n");
            return -1;
        }
    
        ret = SemaphoreP();
        if(ret < 0)
        {
            printf("SemaphoreP failed!\n");
            return -1;
        }
        printf("[pid: %d] Enter critical zone\n", getpid());
    
        // 虽然 open() 系统调用也已支持多进程, 此处只是为了 demo
        fd = open("/tmp/sem.txt", O_RDWR|O_APPEND|O_CREAT, 00755);
        if(fd < 0)
        {
            printf("open failed!\n");
            return -1;
        }
        sprintf(str, "app pid = %d\n", getpid());
        write(fd, str, strlen(str));
        close(fd);
        sleep(3); // 测试一下别的进程是不是在等待
    
        ret = SemaphoreV();
        if(ret < 0)
        {
            printf("SemaphoreV failed!\n");
            return -1;
        }
        printf("[pid: %d] Leave critical zone\n", getpid());
    
        return w_ret;
    }
    

    假设编译成静态库
    gcc -c semaphore.c -o semaphore.o
    ar -r libsemaphore.a semaphore.o

     

     

    写个测试程序

    // app.c
    
    #include <stdio.h>
    
    #include "semaphore.h"
    
    
    int main(int argc, char *argv[])
    {
        while(1)
        {
            HandleCriticalZone();
        }
        return 0;
    }
    

    编译成两个执行档, app1 和 app2 去写同一个文件
    gcc app.c -o app1 ./libsemaphore.a
    gcc app.c -o app2 ./libsemaphore.a

     

    运行 app1 &

    运行 app2 &

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空空如也

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