软考-软件设计师：信号量机制、PV操作实现进程的互斥和同步 作者：马育民 • 2025-04-03 07:49 • 阅读：10005 # 临界资源 把 **一个时间段内只允许一个进程使用** 的资源称为临界资源。 如：许多物理设备(比如摄像头、打印机)都属于临界资源。此外还有许多变量、数据、内存缓冲区等都属于临界资源。 # 临界区 访问临界资源的那段代码 # 进程的互斥 进程 **并发** **执行** 时，需要访问 **临界资源**，这些进程是 **互斥的** 如：多个进程并行时，需要使用 **打印机**，像 **打印机** 这类 物理设备，同一时间段内 **只允许一个进程访问**。那这些进程就是互斥的 ### 互斥访问过程 1. 当一个进程访问某临界资源时，另一个想要访问该临界资源的进程必须 **等待**。 2. 当前访问临界资源的进程访问结束，**释放** 该资源之后，另一个进程才能去访问临界资源。 # 进程的同步 进程 **并发** **执行** 时，有速度上的差异，在一定情况下停下等待，不存在资源是否单独或共享的问题 用于 **生产者-消费者** 模式，如：食堂出餐速度慢，学生打饭多，学生需要等待食堂出餐，这两个进程是同步关系 # 信号量 是操作系统用来解决 **进程并发** 中的 **互斥** 和 **同步** 问题的一种方法 信号量一般用 `S` 表示，是一个整数变量 当 `S>=0` 表示 **资源可用数** 当 `S<0` 则其绝对值表示 **排队进程数** # PV操作 P操作：申请资源 V操作：表示释放一个资源 # 进程互斥-PV操作 [](https://www.malaoshi.top/upload/0/0/1GWsOgNqjrz.png) > 提示：S表示信号量 当进程执行时，先执行 **P操作**，申请资源： 1. 执行 `S=S-1` 2. 若 `S>=0`，`S` 表示资源 **可用数量**，说明资源 **够用**，进程继续执行； 3. 若 `S<0`，`S` 表示 **排队进程数**，说明资源 **不够用**，将该进程放入阻塞队列 当该进程执行结束后，再执行 **V操作**，释放资源： 1. 执行 `S=S+1` 2. 若 `S>0`，`S` 表示资源 **可用数量**，没有进程排队； 3. 若 `S<=0`，`S` 表示 **排队进程数**，从阻塞队列中取出进程，告诉该进程可以执行 ### 总结 **信号量初值：**表示 **资源的数量**，一般 **非0** 先执行 **P操作**，申请资源 再执行 **V操作**，释放资源 # 进程同步-PV操作 [](https://www.malaoshi.top/upload/0/0/1GWsPQ3L2iQ.png) `S1` 表示市场的数量，数量是 `1` `S2` 表示产品数量，数量是 `0` ### 如果生产者先执行 1. 先执行 `P(S1)` 操作后，`S1 是 0` 2. 生成产品，并放入到 缓冲区（市场）后，执行 `V(S2)`，通过释放 `产品` 操作让 `S2的数量加1` ##### 然后，消费者执行 1. 先执行 `P(S2)`，由于 `S2 非 0`（上面执行 `加1`），执行后，`S2>=0`，会继续执行 2. 从缓冲区取商品后，执行 `V(S1)`，通过释放操作 `市场`，让 `S1的数量加1`，表示 `市场` 可被下一个进程使用 ### 如果消费者先执行 1. 先执行 `P(S2)`，由于 `S2 初始值 0`，执行后，`S2是-1`，该进程会放入阻塞队列中 ##### 然后，生产者执行 1. 先执行 `P(S1)` 操作后，`S1 是 0` 2. 生成产品，并放入到 缓冲区（市场）后，执行 `V(S2)`，通过释放 `产品` 操作让 `S2的数量加1` 3. 唤醒阻塞队列中的进程 ##### 最后，消费者执行 从缓冲区取商品后，执行 `V(S1)`，通过释放操作 `市场`，让 `S1的数量加1`，表示 `市场` 可被下一个进程使用 ### 总结 **信号量初值：**一般是 **共享资源的数量**，通常 **为0** 先执行 **V操作**，释放资源，目的是让可用资源 **数量+1** 再执行 **P操作**，申请资源 # 题1 思考：2台打印机3个进程要互斥使用打印机。模拟整个PV过程，信号量S的初值为多少？取值范围是多少？ **初值：**资源数量，即 `S = 2` 进程1访问打印机时：`S = 2 - 1 = 1` 进程2访问打印机时：`S = 1 - 1 = 0` 进程3访问打印机时：`S = 0 - 1 = -1` # 题2 假设铁路自动售票系统有n个售票终端，该系统为每个售票终端创建一个进程Pi(i=1,2,...,n）管理车票销售过程。假设Tj(j=1,2,...,m）单元存放某日某趟车的车票剩余票数，Temp为Pi进程的临时工作单元，x为某用户的购票张数。Pi进程的工作 流程如下图所示，用P操作和V操作实现进程间的同步与互斤。 [](https://www.malaoshi.top/upload/0/0/1GWsQXdHr5z.png) 初始化时系统应将信号量S赋值为（） 图中（a）、（b）和（c）处应分别填入（）。 A、n-1B、0C、1D、2 A、V(S)、P(S)和P(S)B、P(S)、P(S)和V(S) C、V(S)、V(S)和P(S)D、P(S)、V(S)和V(S) 参考： https://blog.csdn.net/m0_48241022/article/details/142315009 原文出处：http://malaoshi.top/show_1GWsNyn2qpE.html