操作系统PV操作经典习题

简介：
本资料汇集了关于操作系统中PV（信号量）操作的经典练习题，旨在帮助学习者深入理解进程同步与互斥机制。 操作系统中的PV操作是进程同步与互斥的关键工具，主要用于解决多进程访问共享资源的问题。这一概念由荷兰计算机科学家Dijkstra提出，并通过P（代表PROCure即获取资源）和V（代表VECTate即释放资源）两个原语实现。 具体来说： 1. **P操作**包含两步： - 将信号量S的值减1，即S=S-1。 - 如果S大于等于0，进程继续执行；否则，该进程将进入等待状态，并被加入到等待队列中。 2. **V操作**同样包括两个步骤： - 将信号量S的值加1，即S=S+1。 - 若此时S大于0，则直接返回；如果非正，则唤醒处于等待状态的第一个进程（该进程正在等待此资源）。 信号量是一个包含数值和指向等待队列指针的数据结构。当它的值为正值时，表示可用的共享资源数量；若其值小于零，绝对值则代表了在等待这些资源的进程数。只有通过P操作与V操作才能改变信号量的当前状态。 **互斥机制**通常利用一个初始设置为1的信号量S来实现：当任何进程进入临界区域时执行P(S)，而在退出前执行V(S)。这样确保了在任一时刻只有一个进程可以访问该关键部分，从而实现了对共享资源的有效控制。需要注意的是： - P和V操作必须成对出现，并且P操作应在尝试获取互斥权之前进行，而V则在其后。 - 临界区应紧挨着P与V操作之间执行以避免死锁的可能情况。 - 初始值为1是一个常见的设定。 **同步机制**更多地关注于进程间的协调工作。通过信号量传递消息：当其数值为0时，表示没有可用信息；非零则表明有新的数据可以处理。P操作用于检查并消耗一条消息而V操作用来生成或发送新消息给其他等待的进程。 - 在设计同步机制时需要明确各进程中所涉及的关系，并据此确定所需的信号量数量及其初始值； - 同一信号量上的所有P和V调用也必须成对出现，但它们可能分布在不同的任务中。 例如，在经典的生产者消费者问题中： 当只有一个缓冲区可用时，可以设置一个empty（初值1）表示空闲状态以及full（初值0）指示满载情况。在产品放入之前执行P(full)，之后再调用V(empty)；而在取出商品前先运行P(empty)，然后是V(full)。 对于多个环形缓冲区的情况，则使用分别代表“已填满”与“未占用”的两个信号量，其初始值分别为0和n（其中n表示总的缓存单元数）。每个生产者与消费者在执行相应的P/V操作时会根据特定的信号量状态调整自己的行为以确保同步性和互斥性。 掌握PV机制及其应用对于理解和解决并发控制问题至关重要。这不仅有助于防止诸如死锁或资源饥饿等问题的发生，也能够通过分析如生产者-消费者这样的经典案例来更深入地理解其工作原理和功能作用。