进程并发控制：互斥与同步-信号量与P、V操作解析

"本资源主要讨论了记录型信号量及P、V操作在并发控制中的应用，特别是如何实现进程的互斥与同步。内容涵盖了前趋图、进程的同步与互斥、信号量机制以及管程和进程通信的基础概念。" 在多道程序设计环境中，进程的并发执行会引发两种重要的制约关系：同步与互斥。同步是指多个进程为共同完成一项任务而协同工作，它们需要在特定点等待并交换信息；而互斥则是指多个进程竞争共享资源，当资源被占用时，其他进程必须等待，直至资源释放。 前趋图（Precedence Graph）是一种描述进程执行顺序的有向无环图，用于体现进程间执行的前后依赖关系。每个节点代表一个程序段或进程，有向边表示前趋关系，即一个进程必须在另一个进程完成后才能开始。 进程的互斥是确保一次只有一个进程能够访问临界资源，以防止数据不一致和时间相关的错误。例如，多个进程同时尝试打印会导致数据混乱，因此需要通过某种机制来实现对打印机这一临界资源的互斥访问。 为了实现进程的互斥和同步，引入了信号量这一概念。记录型信号量由结构体表示，包含一个整数值和一个等待队列。P操作（下降操作）会尝试减少信号量的值，如果减后值小于0，则将调用进程放入等待队列；V操作（上升操作）则增加信号量的值，如果增加后值仍然小于等于0，则唤醒等待队列中的进程。 P操作（下降操作）的伪代码如下： ```c void P(S) struct semaphore S; { S.value = S.value - 1; if (S.value < 0) block(S.P); } ``` V操作（上升操作）的伪代码如下： ```c void V(S) struct semaphore S; { S.value = S.value + 1; if (S.value <= 0) wakeup(S.P); } ``` 这两个操作提供了原子性的递增和递减信号量值的能力，从而实现对临界资源的管理。 除了信号量，还有管程（Monitors）这样的高级同步原语，它提供了一种封装临界资源和同步操作的方法。此外，进程通信是另一种解决并发控制问题的方式，允许进程间直接交换信息，以协调它们的执行。 本资源详细阐述了并发控制中的核心概念，包括进程的同步和互斥，以及如何通过记录型信号量的P、V操作来实现这些控制机制。这为理解和设计多进程环境中的并发控制系统提供了基础。