软考测试复习笔记— 进程和PV操作

本系列为个人复习软考中级测试中的一些知识点记录；
记录的时候参考了不少其他的人的文章；
如有错误还请指点，如有侵权请联系我说明。

本文记录进程相关的概念和PV操作

· 本文结构：

一、进程

1、进程的概念

       概念：程序的执行过程（动态状态）。
（这是一个狭义的概念，关于进程的概念还有很多种说法，这是我理解的一种说法。）

2、进程的特点

       （1）动态性：是一个动态的执行过程。
       （2）并发性：多个进程在同一时间段内并发执行。
       （3）独立性：进程是一个独立单位，可以独立运行、独立获得资源和独立调度。
       （4）异步性：进程按各自独立的、不可预知的速度向前推进。（走走停停）
       （5）结构特征：进程=程序+数据+进程控制块（PCB）。

3、进程的基本状态

（1）三种基本状态：
       · 运行状态：进程占用CPU，程序正在执行。
       · 就绪状态：进程等待CPU。
       · 阻塞状态：进程由于等待其它资源暂时无法执行。

（2）五种基本状态
       · 运行状态：进程占用CPU，程序正在执行。
       · 就绪状态：进程等待CPU。
       · 阻塞状态：进程由于等待其它资源暂时无法执行。
       · 创建状态：创建一个进程。
       · 终止状态：清零PCB，将空白的PCB返还系统。

4、进程控制块

       PCB，存放进程的管理和控制信息的数据结构，用来描述进程的基本情况和运行的信息。
（有点类似于每个人的个人档案）

二、并发与执行

1、并发

       多个程序在同一时间间隔内同时处于运行状态，但是在同一时刻只有一个程序可以处于运行状态。

2、并行

       多个程序在同一时刻同时处于运行状态。

三、信号量

1、S

       一个整数，用来表示资源的数目。

2、两个操作

（1）P操作：S-1
       S ≥ 0：进程继续。
       S＜0：进程被阻塞，等待信号量。
（2）V操作：S+1
       S＞0：进程继续。
       S ≤ 0：从信号量的等待队列中唤醒一个正在等待的进程。

四、PV操作图解

       假设有五个物品（五个进程），从左到右分别为物品1，物品2，物品3，物品4，物品5；有三个盒子（三个可用资源，即S=3），如图：
（说明：为了方便叙述，将物品进行了排列，放入盒子的同时也加入了具体的位置和顺序，只要符合PV操作的规则，是可以不用按顺序随便放的。）

       第一步：放入一个物品1 → 进行了一次P操作 → S-1 → S=2 ≥ 0 → 进程继续
       将物品1放入第一个盒子中，此时没有放入盒子的物品有4个（4个进程），剩余的盒子有2个（2个可用资源）

       第2步：放入一个物品2 → 进行了一次P操作 → S-1 → S=1 ≥ 0 → 进程继续
       将物品2放入第2个盒子中，此时没有放入盒子的物品有3个（3个进程），剩余的盒子有1个（1个可用资源）

       第3步：放入一个物品3 → 进行了一次P操作 → S-1 → S=0 ≥ 0 → 进程继续
       将物品3放入第3个盒子中，此时没有放入盒子的物品有2个（2个进程），剩余的盒子有0个（0个可用资源）

       第4步：放入一个物品4 → 进行了一次P操作 → S-1 → S=-1 ＜ 0 → 进程阻塞，等待信号量
       将物品4放入盒子中，此时没有空余的盒子可以放，所以物品4放入了等待队列，此时剩余的物品有1个，剩余的盒子有0个（0个可用资源）

       第5步：放入一个物品5 → 进行了一次P操作 → S-1 → S=-2 ＜ 0 → 进程阻塞，等待信号量
       将物品5放入盒子中，此时没有空余的盒子可以放，所以物品5放入了等待队列，此时剩余的物品有0个，剩余的盒子有0个（0个可用资源）

       第6步：取出一个物品3 → 进行了一次V操作 → S+1 → S=-1 ≤ 0 → 唤醒一个进程
       将物品3从盒子中拿出，此时有一个空余的盒子可以放，所以物品4放入了盒子当中，此时剩余的盒子有0个（0个可用资源），等待队列有一个物品
（注意：有两步操作，拿出一个，放入一个，所以还是没有空余的盒子）

       第7步：取出一个物品2 → 进行了一次V操作 → S+1 → S=0 ≤ 0 → 唤醒一个进程
       将物品2从盒子中拿出，此时有一个空余的盒子可以放，所以物品5放入了盒子当中，此时剩余的盒子有0个（0个可用资源），等待队列没有物品
（注意：有两步操作，拿出一个，放入一个，所以还是没有空余的盒子）

       后续步骤：取出一个物品 → 进行了一次V操作 → S+1 → S=1 ＞ 0 → 进程继续 （ X 3）
       后续就是将盒子里的三个物品分别取出，每次取出空盒子都增加1，直到取完，空盒子数量为3。
总结：
       1、要注意两个操作的四个节点的意思。
       2、当有 n个并发进程，m 个可用资源，采取PV操作时，信号量S的取值范围为：-(n-m)~m

五、软考相关考题

1、

       （2018.软件评测师（上午））假设系统有n(n≥6)个并发进程共享资源R，且资源R的可用数为3。若采用PV操作，则相应的信号量S的取值范围应为：-(n-3)~3

分析：
       有3个可用资源，所以S=3（S的最大数值）
       当n=6时，3个资源占用完后，后面没有资源可以占用的进程执行P操作并进入等待队列，当三个进程都进入等待队列时S=0-3=-3（前3个资源一直被占用的情况下）（S的变化：3，2，1，0，-1，-2，-3）
       当n时，S = 0-(n-3)=-(n-3)（前3个资源一直被占用的情况下）（S的变化：3，2，1，0，-1，-2，-3，-4，…，-(n-3)）
2、

       （2018.软件评测师（上午））若一个单处理器的计算机系统中同时存在3个并发进程，则同一时刻允许占用处理器的进程数：最多为1个。

分析：
       多个程序在同一时间间隔内同时处于运行状态，但是在同一时刻只有一个程序可以处于运行状态。

六、参考

1、进程—百度百科
2、PV操作—百度百科
3、PCB—百度百科
4、并发—百度百科
5、并行—百度百科
6、《计算机操作系统（第四版）》