• 操作系统中的PV操作


    PV操作由P操作原语和V操作原语组成(原语是不可中断的过程),对信号量进行操作,具体定义如下:
    P(S):

    ①将信号量S的值减1,即S=S-1;
    ②如果S>=0,则该进程继续执行;否则该进程置为等待状态,排入等待队列。
    V(S):

    ①将信号量S的值加1,即S=S+1;
    ②如果S>0,则该进程继续执行;否则释放队列中第一个等待信号量的进程。


    PV操作的意义:我们用信号量及PV操作来实现进程的同步和互斥。PV操作属于进程的低级通信。
    交互的并发进程因为他们共享资源,一个进程运行时,经常会由于自身或外界的原因而被中端,且断点是不固定的。也就是说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 : 我们把并发进程中与共享变量有关的程序段称为临界区。

    信号量S : 信号量的值与相应资源的使用情况有关。当它的值大于0时,表示当前可用资源的数量;当它的值小于0时,其绝对值表示等待使用该资源的进程个数。

    进程的互斥:是指当有若干个进程都要使用某一共享资源时,任何时刻最多只允许一个进程去使用该资源,其他要使用它的进程必须等待,直到该资源的占用着释放了该资源。
    进程的同步:是指在并发进程之间存在这一种制约关系,一个进程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等待,直到消息到达才被唤醒。

    【例1】生产者-消费者问题
    在多道程序环境下,进程同步是一个十分重要又令人感兴趣的问题,而生产者-消费者问题是其中一个有代表性的进程同步问题。下面我们给出了各种情况下的生产者-消费者问题,深入地分析和透彻地理解这个例子,对于全面解决操作系统内的同步、互斥问题将有很大帮助。

    ①一个生产者,一个消费者,公用一个缓冲区。
    empty——表示缓冲区是否为空,初值为1。
    full——表示缓冲区中是否为满,初值为0。

    生产者进程:

    p(empty);

    向buffer放产品;

    v(full);

    消费者进程:

    p(full);

    从buffer取产品;

    v(empty);

    ②n个生产者,n个消费者,公用n个缓冲区。

    在这个问题中,不仅生产者与消费者之间要同步,而且各个生产者之间、各个消费者之间还必须互斥地访问缓冲区.

    empty——表示缓冲区是否为空,初值为n。
    full——表示缓冲区中是否为满,初值为0。

    mutex1——生产者之间的互斥信号量,初值为1。
    mutex2——消费者之间的互斥信号量,初值为1。

    生产者进程:

    生产一件产品;
    
    P(empty);
    
    P(mutex1);
    
    产品送往buffer(in);
    
    in=(in+1)mod n;
    
    V(mutex1);
    
    V(full);

    消费者进程;

    P(full);
    
    P(mutex2);
    
    从buffer(out)中取出产品;
    
    out=(out+1)mod n;
    
    V(mutex2);
    
    V(empty);
    
    消费该产品;

    【例2】
    公交车司机与售票员的问题:

    1:首先,我们在司机进程使用P操作(S1=S1-1=-1),现在是S1的值为-1,我们来查看P操作发现应该 挂起本进程,也就是说司机进程暂时挂起,我们进入到售票员进程。

    2:进入售票员进程后,我们先 关车门,然后我们进行V操作(S1=S1+1=0),发现满足V操作的else,我们首先唤醒司机进程,然后我们继续执行售票员进程。

    3:接着售票,售票后我们执行P操作(S2=S2-1=-1),发现满足P操作的else,我们暂时将售票员进程挂起。

    4:进入到司机进程。

    5:启动车辆,正常行驶,到站停车,执行V操作(S2=S2+1=0),发现S2满足V操作的else,唤醒售票员进程,同时继续执行本进程。

    6:但是,我们可以发现司机进程已经执行完了,但是等待队列中还有售票员进程,我们就进入到售票员进程。

    7:在售票员进程中,开车门,上下客。整个司机与售票员问题结束。

    【例3】
    桌上有一空盘,允许存放一只水果。爸爸可向盘中放苹果,也可向盘中放桔子,儿子专等吃盘中的桔子,女儿专等吃盘中的苹果。规定当盘空时一次只能放一只水果供吃者取用,请用P、V原语实现爸爸、儿子、女儿三个并发进程的同步。

    下面先考虑同步情况即所有“等待”情况:

    第一.爸爸要等待盘子为空。

    第二.儿子要等待盘中水果是桔子。

    第三.女儿要等待盘中水果是苹果。

    接下来来考虑要互斥处理的资源,看起来盘子好像是要作互斥处理的,但由于题目中的爸爸、儿子、女儿均只有一个,并且他们访问盘子的条件都不一样,所以他们根本不会同时去访问盘子,因此盘子也就不用作互斥处理了。分析至些,这个题目已经没有难度了,下面用PV原语给出答案:

    先设置三个信号量,信号量Orange表示盘中有桔子,初值为0。信号量Apple表示盘中有苹果,初值为0。信号量EmptyDish表示盘子为空,初值为1。三个人的操作流程如下所示:

    爸爸进程:

    P(EmptyDish)
    
    if (rand()%2==0)
    
    {
    
    放桔子
    
    V(Orange)
    
    }
    
    else
    
    {
    
    放苹果
    
    V(Apple)
    
    }:

    儿子进程:

    P(Orange)
    
    取桔子
    
    V(EmptyDish)

    女儿进程:

    P(Apple)
    
    取苹果
    
    V(EmptyDish)
  • 相关阅读:
    SpringMVC:JSON讲解
    SpringMVC:文件上传和下载
    字符串的使用
    python中的作用域与名称空间
    深、浅copy
    代码块与小数据池之间的关系
    关于敏感字符的筛选替换
    列表的增、删、改、查
    最简三级菜单
    python2.x与python3.x的区别
  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/fengyulv/p/15901180.html
Copyright © 2020-2023  润新知