并发进程与同步机制：条件临界区与PV操作

"条件临界区-操作系统课件" 本资源主要探讨了操作系统中的并发进程、进程互斥、同步以及通讯的概念，特别是条件临界区在实现进程同步中的作用。条件临界区是一种用于管理多个进程访问共享资源的方法，确保在同一时刻只有一个进程能够进入这一区域进行操作，从而避免数据的不一致性。 在并发进程的讨论中，前趋图是一种用于表示进程间依赖关系的工具，它由代表进程或计算步骤的节点和表示先后顺序的有向边组成。这种图可以帮助我们理解进程的执行顺序，特别是在多进程环境中，理解哪些进程必须在其他进程之前完成至关重要。 进程互斥是指在多进程环境中，对共享资源的访问控制，确保同一时刻只有一个进程能够访问。这通常通过临界区来实现，临界区是代码段，其中包含对共享资源的修改。条件临界区是在互斥的基础上增加了条件判断，只有当特定条件满足时，进程才能进入临界区执行。 PV操作（P代表信号量的wait操作，V代表信号量的signal操作）是Dijkstra提出的同步原语，用于解决进程间的同步问题。PV操作可以实现对临界区的访问控制，等待（P）操作会让进程进入睡眠状态，直到资源可用；信号（V）操作则会释放资源，唤醒等待的进程。 条件临界区与PV操作之间存在等价性，即使用CCR（条件临界区）可以实现PV操作的功能，反之亦然。P.B.Hansen设计的Edison语言就引入了CCR作为进程同步的机制。 进程同步是指控制多个并发进程之间的协调执行，确保它们按照预期的顺序和方式交互。在4.1.2节中，介绍了顺序程序的特性，包括内部顺序性和外部顺序性，以及连续性、封闭性和可再现性的概念。这些特性在单进程环境中是显而易见的，但在并发环境下，由于多个进程可能同时运行，这些特性可能不再成立。 进程高级通讯则涉及更复杂的交互方式，如管道、消息队列、共享内存等，允许进程间直接交换信息，而不只是简单地按照顺序执行。 在4.1.3节中，区分了内部并发性和外部并发性。内部并发性是指单个程序内部的并行计算，例如在一个程序中同时执行多个计算任务。外部并发性则是指多个独立程序在系统中同时运行，相互之间可能存在依赖关系。 总结来说，这个课件深入讲解了操作系统中并发进程的基本概念，重点在于条件临界区如何作为一种有效的工具来管理进程互斥和同步，以及它与PV操作的关系。这些知识对于理解和设计高效、可靠的多线程和分布式系统至关重要。