进程同步与互斥：信号量与P、V操作解析

"该课件主要探讨了操作系统中信号量及P、V操作的概念和应用，涉及进程同步与互斥的问题。" 在操作系统中，进程的并发执行是提高系统资源利用率的有效方式，但同时也带来了进程间如何正确共享和管理资源的问题。为此，引入了信号量机制，以及基于信号量的P、V操作。 信号量是一种同步工具，其物理含义如下： 1. 当信号量S大于0时，表示系统中有S个资源可供使用。 2. 当信号量S等于0，意味着当前没有资源可供分配，所有请求资源的进程都将被阻塞。 3. 当信号量S小于0，其绝对值|S|表示等待队列中因请求资源而被阻塞的进程数量。 P操作（Procedure，申请资源）和V操作（Signal，释放资源）是与信号量紧密相关的原语操作： - P操作：如果信号量S的值大于0，则减1，进程继续执行；若S的值等于0，则进程被挂起，放入等待队列。 - V操作：增加信号量S的值，如果此时有进程在等待队列中，那么会选择一个进程唤醒，使其进入就绪队列。 进程同步与互斥是并发执行中两个重要的概念： - 进程同步是指多个进程在执行过程中，按照一定的时序协同完成一项任务。例如，司机P1和售票员P2之间的协作，P1需要在P2售票完成后才能启动车辆，这就需要通过同步机制来协调他们的操作。 - 进程互斥则关注于资源的独占使用，即一次只有一个进程可以访问临界资源，防止数据不一致。例如，多个进程打印同一份文件时，需要互斥以避免数据混乱。临界区是实现互斥的关键，它定义了进程中访问共享资源的代码段。为了确保互斥，必须遵循四个原则：有空让进、无空等待、多中择一和有限等待，其中让权等待原则确保了等待的进程会释放CPU，以便其他进程有机会执行。 在实际系统中，P、V操作被广泛用于解决经典问题，如生产者-消费者问题、读者-写者问题等。通过理解并熟练掌握信号量机制，可以有效地解决并发环境中的资源管理和同步问题，确保系统的正确性和高效性。