进程——PV操作

       在多道程序设计中，由于多个进程可以并发执行，故进程间必然存在资源共享和相互合作的问题。

一、同步互斥

      进程通信是指各个进程交换信息的过程。

1、同步

     同步是合作进程间的直接制约问题。

     进程间的同步是指进程间完成一项任务时直接发生相互作用的关系。

      下面来讲一个搬运工的实例：

      甲从A仓库取出数据，运到中转站；

      乙从中转站取出数据，运到B仓库；

      乙取数据时，必须是甲完成了向中转站送数据的操作；

      否则，乙会停下来等待甲的操作完成完成。他们共同完成这一件事情，我们将它就叫做同步。

 

PS：计算机内，多个进程可以并发执行，每个进程都以各自独立、不可预知的速度前进推进，但是在临界区上，需要协调合作进程间的关系。

2、互斥

      互斥是申请临界资源进程间的间接制约问题。

      进程互斥是指系统中各进程互斥使用临界资源。

 

      例如：打印机、共享变量等临界资源。在多道程序系统环境中，多进程可以共享各类资源，但有些资源一次只能供一个进程使用。

二、信号量

      定义——一个整型变量，根据控制对象的不同被赋予不同的值。

      分类：公用信号量和私用信号量。

 

      公用信号量——实现进程间的互斥，初值为1或资源的数目。

      私用信号量——实现进程间的同步，初值为0或某个正整数。

      信号量的物理意义：

      S>=0，表示某资源的可用数；

      S<0，则其绝对值表示阻塞队列中等待该资源的进程数。

 

三、P操作

定义：

      S：=S-1

若S>=0，则执行P操作的进程继续执行；

若S<0，则置该进程为阻塞状态（因为无可以用资源），并将其插入阻塞队列。

操作过程：

   Procedure（Var S：Semaphore);

      Begin

          S:=S-1;

          if  S<0 thenW(S){

             执行P操作的进程插入等待队列

          }

      End;

 

Semphore表示所定义的变量是信号量。

四、V操作

定义：

      S：=S+1

若S>0，则执行V操作的进程继续执行；

若S<=0，则从阻塞状态唤醒一个进程，并将其插入就绪队列，然后执行V操作的进程继续执行。

操作过程：

Procedure V(Var S:Semaphore);

   Begin

      S:=S+1;

      IfS<=0 then R(S){

              从阻塞队列中唤醒一个进程

      }

   End;

PV操作实现进程的互斥：

信号量mutex的初值为1，当进入临界区时执行P操作；退出临界区时执行V操作：

P(mutex)

 临界区

V(mutex)

PS：PV操作实现进程同步互斥的过程中，P操作表示申请一个资源，V操作表示释放一个资源。

       难点：理解PV操作其实就跟了解一个人一样。现实中，大部分在大部分时候都是自私的，PV操作也是一样，总是站在自己的角度想问题。P操作的信号量，指的是缓冲区还有几个空格子可以盛放资源，而V操作的信号量指的是缓冲区有多少个资源，能够供自己使用。

五、例子

例子1——交通流量统计程序

例子2——生产者消费者

　 　生产者进程P1不断生产产品送入缓冲区，消费者进程P2不断从缓冲区取出产品消费。为了实现P1与p2进程间的同步问题，需要设置一个信号量s1，初值为1，表示缓冲区空，可以将产品送入缓冲区；设置另一个信号量s2，初值为0，表示缓冲区有产品。其同步过程如下：

例子3——生产者消费者

      上题中，如果S1的初始值为0，S2初始值不变（为0），其同步过程为：

 

例子4——2008年上半年例题

五、总结

      PV操作是操作系统只是里面比较重要的知识，掌握PV操作的重点，我认为是ＰＶ操作信号量的角度是站在两个完全相反的角度上的，理解了这一点，别的我们都可以据此推出。