难懂的操作系统--PV操作

PV操作概念：操作系统中的一种同步机制，实现对于并发进程中临界区的管理。

并发进程分为两种：

①无交互的并发进程：每个进程是相互独立的，谁也不影响谁，基本不会用到PV操作。

②有交互的并发进程：多个进程共享资源，一个进程的运行，有可能会被外界的原因而中断，且断点不固定。进程执行的相对速度不能由进程自己来控制，于是就会导致并发进程在共享资源的时出现与时间有关的错误。

临界区：并发进程中与共享变量有关的程序段都称为临界区。

P操作：申请资源操作。

V操作：释放资源操作。

信号量S：用来记录资源数量，看是否能满足申请资源的操作。例如：S=3 表示三个可用空闲资源，S<0表示可用空闲资源无，进程申请要进入等待队列中。

P(S)：S <—— S - 1 

          如果S >= 0，进程继续执行

          如果S < 0，进程停止执行，放入信号量等待队列中。

V(S)：S <—— S +1 

           如果S > 0，进程继续执行；

           如果S <= 0，唤醒等待队列中的一个进程。

例子：银行排队取号，按号叫人，值得一提的是窗口上有个大大的LED屏，显示着有几个人在等待，一共三个窗口，这时，10个人想办理业务。（资源-窗口，人-进程，大屏幕-S，很符合了吧）

    没人在窗口办理业务，屏幕：3个窗口可以办理；

    1人在窗口办理业务，屏幕：2个窗口可以办理;

    2人在窗口办理业务，屏幕：1个窗口可以办理；

    3人在窗口办理业务，屏幕：0个窗口可以办理；

    又来一个人取号，屏幕：1人在等待；       。。。。。

   第十个人来了，屏幕：7人在等待；

以上取号都是申请资源操作 P(S)，取号就相当于对屏幕上信号量减一，即 P(S) 中的 S-1 ， 减成负数时就要在等待区等待。

当一个人办理完业务，将释放一个窗口，则屏幕信号量 V(S) 中的 S 加1， 1人办理完业务，屏幕：6人在等待（一人去了窗口办理业务）

用PV操作表示：

申请资源P(S)中的S 操作：信号量初始值S = 3 ，一个申请 S <—— 3-1 ，S >= 0，进程继续。不阻塞。。。。。到第4个申请的时候，

S <——0-1，S < 0 ，进入阻塞队列中等待。。。。。到第10个申请的时候， S <—— -6-1,，S = -7 ，等待队列中有7个正着等着用资源。

释放资源V(S)中的S 操作：1人办理完业务，释放资源，S <—— -7+1 ，S < =0 ，唤醒等待队列中的一个。。。。7个人办理完业务，释放资源 S <—— -1 +1 ，S <=0 ,没有申请了，就空闲继续执行进程即可。全部办理完，S = 3 则有3个空闲资源可用。

关于PV操作前驱后继图的解答：

 

重要的几点解题条件：

①信号量初值都为0

②将信号量看成一个互斥量，如果想要某个结点停止执行，那么就对它做P操作，这样信号量的值就小于0，被压入阻塞队列。如果完成了某个结点的计算，那么就把它连向的结点做V操作，这样就相当于“激活”了下一个其他的结点，继续执行程序，这样就完成了进程间的同步过程。

③前驱图可以看作是拓扑结构图，想要执行 P2 ，必须先执行 P1 后才可以 ，想要执行 P3，必须执行 P1 和 P2 后才可以。

总结就是：一个进程 A 引出某些信号量，则在 A 进程末尾对这些信号量执行 V 操作。

                 信号量指向某进程 A ，则在 A 进程开始位置有这些信号量的 P 操作。

如上图，四个信号量都为0，我们将信号量标记在图上，但不是随意乱标记，有一定的规则

情况1中：P1 进程引出信号量 S1、S2 ，所以在 P1 末尾对这些信号量执行 V(S1)、V(S2)；P2 进程引入 S1 信号量，则在 P2 开始的位置有 P(S1) 操作，P2 进程引出 S3 信号量，则在 P2 末尾执行 V(S3) 操作；依次类推。

情况2中：同情况1一样分析。

带入答案中会发现，只有 情况1 符合题意，所以按照 情况1 来标记信号量，做题时，尽量先按照顺序来标记，有很大的机会误打误撞标记正确。

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