进程管理之PV操作的个人理解

在了解PV操作之前，我认为有必要先简单理解进程的状态与其之间的转换。

三态模型(图左)中最基本的三个状态：运行、等待和就绪。

• 运行：进程正在处理机上运行。对于单处理机系统，处于运行状态的进程只有一个。
• 等待：进程因发生某事情而暂停执行。
• 就绪：顾名思义进程已经具备执行条件但并未执行。

在进程运行过程中，由于自身进展情况及外界环境的变化，这三种状态在一定条件下相互转换。

五态模型则是在三态模型的基础上增加了新建态和终止态。

• 新建态：简单理解为进程刚被创建但还没有被提交的状态，等待系统完成创建进程的所 有必要信息。创建进程分为两个阶段，第一个阶段为一个新进程创建必要的管理信息，第二个阶段让该进程进入就绪状态。
• 终止态：进程已结束运行，回收除进程控制块之外的其他资源，并让其他进程从中收集有关信息。终止进程分为两个阶段，第一个阶段等待操作系统进行善后处理，第二个阶段释放主存。

由于进程不断创建，主存资源不能满足所有进程运行的要求，则需对某些进程挂起以平衡系统负载，则出现图右的情况。简单理解就是将进程对换到主辅存时进程的状态，这里不过多讲解。

P、V操作有三个概念需要理解：临界资源、临界区和信号量。

• 临界资源：诸进程间需要互斥方式对其进行共享的资源，如打印机、磁带机等。
• 临界区：每个进程中访问临界资源的那段代码称为临界区
  有空即进，无空则等；有效等待，让权等待
• 信号量：是一种特殊的变量(S)。

信号量机制主要有整形信号量、记录型信号量、信号量集机制。
这篇主要讲的是整形信号量与P、V操作。

信号量是一个整形变量，根据控制对象的不同赋不同的值，信号量可分为两类:

• 公用信号量：实现进程间的互斥，初值等于1或资源的数目。
• 私用信号量：实现进程间的同步，初值等于0或某个正整数。
  信号量S的物理意义为：S≥0，表示某资源的可用数；S<0，其绝对值表示阻塞队列中等待该资源的进程数。

(P、V操作流程图)

P操作定义：S=S-1，若S≥0，则执行P操作的进程继续执行；否则，若S<0，则置该进程为阻塞状态，并将其插入阻塞队列。
V操作定义：S=S+1，若S>0，则执行V操作的进程继续执行；否则，若S≤0，则从阻塞状态唤醒一个进程，并将其插入就绪队列，执行V操作的进程继续执行。


下面我们来看一道例题加深理解：

(S1初值为1，S2初值为0)

       先不看P、V，单从生产者和消费者我们不难看出，生产者生产一个产品，并将产品送到缓冲区等待消费者使用，消费者从缓冲区拿走产品并消费产品这么一个流程。
      那么这里有一个问题，假设生产者进程生产一轮送到缓冲区后，消费者进程没有运行，再次执行生产者进程，则缓冲区中的产品则会溢出，反之消费者一直取出产品直至缓冲区为空，同样也会出现问题，PV操作的好处就体现在这里了。

       加入PV操作后，根据流程图公式计算可知，第一轮生产者进程的值为P(S1)为0，P(S2)为1，一个产品被放入缓冲区，当消费者进程没有运行时，生产者进程再次运行后P(S1)为-1时，则符合S<0的判断，并加入进程队列等待，这时就能较好解决产品溢出的问题了。


以上就是我对PV操作的理解和认识，如有错误可在下方评论我会及时做出修改。