进程管理：信号量与PV操作详解

"信号量及PV操作是操作系统中用于进程同步的重要机制，由荷兰学者Dijkstra在1965年提出。在操作系统课程中，这一概念通常被记为wait和signal，代表测试（减量）和增加（增量）。信号量本身是一个包含两个元素的数据结构，由S（信号量值）和Q（等待队列）组成，主要用于解决多进程之间的并发问题，确保对共享资源的正确访问。" 信号量是一种核心的进程同步工具，它的出现解决了并发执行的进程中可能产生的数据竞争和死锁等问题。在操作系统中，进程可能会同时访问同一资源，如果不加以控制，可能会导致数据不一致。信号量通过维护一个计数值和一个等待队列，来协调对共享资源的访问。 - wait（P操作）：该操作会尝试减少信号量的值，如果信号量S的值大于0，则执行减操作（S = S - 1），然后继续执行进程；如果S的值等于0，则进程会被阻塞，并被放入等待队列Q，等待其他进程释放资源。 - signal（V操作）：此操作会增加信号量的值，如果等待队列Q非空，且S增加后仍不大于0，则唤醒等待队列上的一个进程，让其继续执行；如果增加后S大于等于0，那么信号量计数器更新，进程继续执行。 进程的状态包括就绪态、运行态和阻塞态。当进程执行P操作后发现信号量S为0，进程就会从运行态变为阻塞态，进入等待队列；当其他进程执行V操作并唤醒了等待的进程时，阻塞态的进程会转变为就绪态，准备再次进入运行态。 进程与程序的主要区别在于，程序是一系列指令的集合，静态存在于存储器中，而进程则是这些指令在内存中的动态执行实体，拥有自己的独立的内存空间，包括代码段、数据段和栈段等。进程还包含了状态信息和资源分配信息，如PCB（进程控制块）。 进程的并发执行带来了间断性、失去封闭性和不可再现性这三大特征。间断性意味着进程执行可能会被打断，转而执行其他进程；失去封闭性是因为资源被多个进程共享，其状态可能由多个进程改变；不可再现性则源于并发执行的不确定性，相同的初始条件可能因为不同的执行顺序导致不同的结果。 前驱图（有向无环图）是一种用于表示程序段或语句之间依赖关系的图形工具，每个结点代表一个程序段或操作，箭头表示前一个操作必须在后一个操作之前完成。这种图形化表示有助于理解和分析程序的执行顺序和并发特性。 信号量和PV操作是操作系统中实现进程同步和避免资源冲突的关键技术，它们在多道程序设计和并发执行的环境中发挥着至关重要的作用，确保了系统资源的有序分配和进程的正确协作。