操作系统中各进程执行过程中，会有着同步和互斥的关系，本文详细讲解进程之间的各种关系，了解生产消费者模型。
一、互斥和同步
进程的同步与互斥是学习 PV 操作的前提。
同步和互斥往往在实际问题中共存，而不是反义词。
同步的反义词是异步。
互斥的反义词是共享。
接下来详细学习互斥和同步的概念。
1.1 互斥
在同一时刻，只允许某一个进程去使用资源，即同一个资源只能服务一个进程。
一个进程正在访问临界资源，另一个访问该资源的进程就必须等待，这就是互斥。
就比如公司的门禁就是一个资源，单位时间内只允许一位员工刷卡，其他人需要做等待。
这个门禁就是互斥资源，也成为临界资源。
员工 B 需要等到员工 A 刷完卡后，才能刷卡签到，如下图所示。
互斥的概念就是多个资源使用者在使用同一个资源时的关系。
为什么要用互斥的概念，就是为了防止多进程共享资源时，发生并发性问题。
比如一台打印机，被多个进程同时调用，如果没有互斥现象，各进程可以随时使用打印机，会造成打印结果错乱。所以打印机系统将打印资源统一化管理，每次只允许一个进程操作打印机，等到该进程使用完毕后，再根据排队顺序交给某个等待的进程。互斥关系是一种间接制约关系。
1.2 同步
同步的概念，是在异步环境下，一组并发进程因直接制约，互相等待、互相通信，使得进程按照一定速度执行的过程，这个进程也成为合作进程，合作进程互相发送的数据叫消息。
比如员工张三和李四在同一个宿舍，张三选择坐公交车上班，李四选择自驾上班，但他们约定 8 点到达公司。
李四在某些时刻要等待张三，和张三距离太远了就要等他，因为如果不等，可能会出现李四到了张三没到的情况。这就是同步的过程。
同步的概念就是多个对象在处理某件事情时，有速度匹配的要求，速度快的要及时等待速度慢的，这就是同步的过程。
比如一段 Java 代码，在输入、编译、执行这三个工序作为三个进程并发执行，这三个进程存在相互合作的关系，也就是说必须先输入完成后才能进行编辑、先编译完成后才能执行。所以这三个进程的执行受到限制，必须要保证先后顺序才能完成整体的功能，这种关系也叫做同步关系，它是一种直接制约关系。
二、消费者模型
在多线程的系统中，生产者就是造出数据的线程，消费者就是消费数据的线程。
如果生产者造数据很快但消费者处理很慢，会造成服务器内存爆满，或硬盘不够的情况。
如果生产者造数据很慢但消费者处理很快，会造成消费者进程资源浪费。
所以就衍生出生产消费者模型。
生产消费者模型是一个典型的多线程并发协作模型，在分布式系统中很常见。
- 生产者：用于生产数据，并把生产的数据放入缓冲区这个队列中。
- 缓冲区：用于存放生产者数据。
- 消费者：用于从缓冲区队列中取出数据，然后消费。
简单来讲，生产消费者模型的运行流程如下图所示：
根据缓冲区的数量，生产消费者模型可分为单缓冲区消费者模型和多缓冲区消费者模型。
2.1 单缓冲区的消费者模型
对于单缓冲区的消费者模型，盒子只有一个空间，同个时间片只允许一个人放入或者取出资源，不能同时进行多个操作，所以这个盒子就是互斥资源。
当生产者将一个资源放入盒子后，需要等待消费者取出盒子中的资源，然后生产者才能再次放入，这就是同步的过程（即停下来等别人的过程）。
2.2 多缓冲区的消费者模型
多缓冲区的消费者模型也是类似，大盒子只允许一个人放入或者取出资源，不能同时进行多个操作，所以这个大盒子就是互斥资源。
当大盒子的资源放满后，生产者还是需要等待消费者取出任意多个后，才能继续放入，这就是同步的过程。
三、总结
本文讲解了操作系统中各进程之间同步和互斥的关系，同步就是各进程会相互制约，相互等待以完成整体的任务，异步就是在单位时间内只能由一个进程访问资源。还有学习了生产者消费者模型的原理，生产消费者模型在高并发的系统中较为常见，所以需要学习它的原理，来妥善解决商业项目中的并发数据可能存在的隐患。
