信号量同步进程管理：例解与特性探讨

在第五章进程管理中，我们讨论了为何引入"进程"这一概念，它是为了解决传统顺序程序设计的局限性，如处理机资源的独占性和程序的封闭性。程序的并发执行允许多个程序共享资源，提高了系统的效率，但同时也带来了新的问题，如数据一致性、死锁等。 例1展示了通过信号量实现进程同步的简单场景，比如正常行车、到站停车、离站开车的流程中，售票员和司机之间的协作。信号量(s1 和 s2)在这里起到了协调作用。当售票员完成售票操作后（V(s2)），司机可以解除等待并继续行驶（P(s1)）。接着，司机停车（P(s2)），售票员再次进行服务（V(s1)），形成一个循环，确保了同步执行。 进程的并发执行特性导致了程序的封闭性丧失，如在一个并发程序中，观察者和报告者的例子所示。两个进程同时更新共享变量count，不同的执行顺序可能导致结果的随机性和数据一致性问题。例如，(1) 先读取再加1再打印，(2) 先打印再清零再加1，(3) 先打印再加1再清零，这三种执行序列可能导致打印的值分别为 n+1、n 和 n，而执行后的count可能为0、1或0，这反映了并发执行中的相对速度不确定性。 为了管理这些并发进程，操作系统引入了进程控制块（PCB），它包含了进程的基本信息，如标识名、位置信息和状态标志。PCB的状态管理是调度器的关键，通过状态转换（如就绪、运行、阻塞等）来决定进程何时能获取CPU资源，从而实现进程的调度和同步。 直接制约关系和间接制约关系是指并发进程中进程间的制约方式，前者指进程之间直接依赖，后者则涉及更复杂的资源依赖链。例如，在飞机订票系统中，两个终端(T1和T2)并发运行，它们对同一资源（座位）的读写操作需要通过某种机制（如信号量或锁）来避免冲突，防止数据不一致和死锁的发生。 引入进程的概念是为了支持程序的并发执行，通过信号量和进程控制块等机制来实现进程的同步与调度，以保证系统的正确性和高效性。理解和掌握这些概念对于深入理解操作系统中进程管理至关重要。