操作系统并发并行概念解析及P、V操作应用

"这篇资料主要涉及的是操作系统中的并发与并行概念、进程的互斥条件、临界区、信号量及P、V操作、多道程序设计技术，并给出了一个使用信号量解决实验室座位同步问题的实例。" 操作系统作业中的关键知识点如下： 1. 并发与并行的区别： - **并发**：在单处理器系统中，多个进程在宏观上看似同时运行，实际上是由处理器在不同时间片上的快速切换造成的。微观上，这些进程是串行执行的。 - **并行**：在多处理器或多核心系统中，多个进程可以在同一时刻真正地同时运行，每个处理器或核心执行不同的任务。 2. 互斥的必要条件： - **公平竞争**：所有等待进入临界区的进程都有机会获得资源。 - **有空让进**：当临界区为空时，等待的进程可以进入。 - **唯一进入**：一次只有一个进程能进入临界区。 - **有限等待**：确保进程不会无限期地等待进入临界区。 3. **临界区**：是指进程中访问临界资源的那段代码。为了保证数据一致性，必须确保在同一时刻只有一个进程在临界区内执行。 4. **信号量和P、V操作**： - **信号量**：一个整数值，用于管理公共资源。正数表示可用资源数量，负数表示等待资源的进程数。 - **P操作**：请求资源（减信号量）。如果信号量值大于等于0，则进程继续执行；否则，进程被阻塞并放入等待队列。 - **V操作**：释放资源（增信号量）。若增加后信号量大于0，进程继续执行；否则，唤醒等待队列中的一个进程。 5. **多道程序设计技术**： - 多道：同时将多个进程装入内存执行。在单处理器系统中，宏观上表现为并行，微观上为串行执行。 6. **实验室座位同步问题**： - 使用两个信号量：`mutex`（互斥量，初始化为1）用于保护登记簿，防止多个学生同时登记或注销；`seatCount`（计数信号量，初始化为30）表示空座位数。 - 学生进入实验室时，先检查`seatCount`（P操作），再获取`mutex`登记，然后释放`mutex`开始实验。 - 学生离开实验室时，先获取`mutex`注销，释放`mutex`，最后释放`seatCount`（V操作）。 通过理解这些知识点，我们可以有效地解决并发环境下的资源管理和进程同步问题，确保操作系统的高效、稳定运行。