计算机操作系统pv操作

操作系统--PV操作操作系统PV 操作在操作系统中，PV 操作是一种非常重要的同步机制，用于解决进程之间的互斥和同步问题。

这一概念对于理解操作系统的工作原理以及优化多进程的协同工作至关重要。

让我们先来了解一下什么是进程。

进程可以简单理解为正在运行的程序的实例。

在一个操作系统中，通常会有多个进程同时运行，它们可能需要共享资源或者按照特定的顺序执行某些操作。

这时候，就需要一种有效的机制来协调它们，确保系统的正常运行，而 PV 操作就是这样一种机制。

P 操作和 V 操作是两个原语操作。

P 操作又称为 wait 操作，V 操作又称为 signal 操作。

先来说说 P 操作。

当一个进程执行 P 操作时，如果对应的资源可用（也就是信号量的值大于 0），那么它会顺利地获取资源，并将信号量的值减 1。

但如果信号量的值为 0，那么这个进程就会被阻塞，进入等待队列，直到其他进程释放资源，将信号量的值增加，它才有机会再次被唤醒并获取资源。

举个例子，假设有一个打印机资源，多个进程都可能需要使用它。

每个进程在使用打印机之前，都要执行 P 操作。

如果此时打印机空闲（信号量大于 0），进程就能顺利使用；如果打印机正在被其他进程使用（信号量为 0），那么当前进程就会被阻塞等待。

再来看 V 操作。

当一个进程执行 V 操作时，它会将信号量的值增加 1。

如果此时有进程正在等待这个资源（也就是在等待队列中），那么系统会从等待队列中唤醒一个进程，让它获取资源并继续执行。

还是以打印机为例，当一个进程使用完打印机后，它会执行 V 操作，释放打印机资源，使得信号量的值增加 1。

如果有其他进程正在等待打印机，那么其中一个等待进程就会被唤醒并获得使用打印机的机会。

PV 操作的应用场景非常广泛。

比如在生产者消费者问题中，生产者进程负责生产产品并放入缓冲区，消费者进程从缓冲区中取出产品进行消费。

为了保证缓冲区的正确使用，避免出现缓冲区满了生产者还在生产或者缓冲区空了消费者还在消费的情况，就需要使用 PV 操作来实现生产者和消费者之间的同步和互斥。

1.读写操作1、、设有一台计算机，有两条I/O通道，分别接一台卡片输入机和一台打印机。

卡片机把一叠卡片逐一输入到缓冲区B1中，加工处理后在搬到缓冲区B2中，并在打印机上印出，问：①系统要设几个进程来完成这个任务？各自的工作是什么？②这些进程间有什么样的相互制约关系？③用P、V操作写出这些进程的同步算法。

①系统可设三个进程来完成这个任务：R进程负责从卡片输入机上读入卡片信息，输入到缓冲区B1中；C进程负责从缓冲区B1中取出信息，进行加工处理，之后将结果送到缓冲区B2中；P进程负责从缓冲区B2中取出信息，并在打印机上印出。

②R进程受C进程影响，B1放满信息后R进程要等待——等C进程将其中信息全部取走，才能继续读入信息；C进程受R进程和P进程的约束：B1中信息放满后C进程才可从中取出它们，且B2被取空后C进程才可将加工结果送入其中；P进程受C进程的约束：B2中信息放满后P进程才可从中取出它们,进行打印。

③信号量含义及初值：B1full——缓冲区B1满，初值为0；B1empty——缓冲区B1空，初值为0；B2full——缓冲区B2满，初值为0；B2empty——缓冲区B2空，初值为0；R进程C进程P进程B1B22、用P.V操作处理生产者和消费者问题如下：mutex初值为1；empty初值为n；full初值为0生产者消费者L1：生产产品 L2：P（full）P（empty） P（mutex）P（mutex）取出产品产品装入缓冲区 V（empty）V（full） V（mutex）V（mutex） GOTO L2GOTO L1（1）信号量mutex,empty,full的作用是什么？（2）为什么P操作的顺序不能调换？（1）mutex起互斥作用，empty与full为同步作用。

（2）假设进程处于如下运行状态：缓冲区暂时无进程申请，故mutex＝1。

缓冲区无空单元，即empty＝0，此时生产者进程要放产品，若P（empty）与P（mutex）位置颠倒，先执行P（mutex），顺利通过，再执行P（empty），被阻塞，且该进程不会释放临界区资源，使消费者进程无法进入缓冲区，就不能取走产品，最终导致死锁3、设公共汽车上，司机、售票员的活动分别是：司机售票员启动车辆上乘客正常行车关车门到站停车售票开车门下乘客假设售票员关车门后司机才可启动车辆，到站停车后售票员方可开车门，在汽车不断到站、停车、行驶过程中，这两个活动有什么同步关系？用P.V操作实现它们的同步。

关于调度算法【例1】下表给出作业I , 2, 3的提交时间和运行时间。

采用先来先服务调度算法和短作业优先调度算 法，试问作业调度次序和平均周转时间各为多少？（时间单位：小时，以十进制进行计算。

）作业号 提交时间 运行时间1 0.0 8.02 0.4 4.031.0 1.0分析解这样的题关键是要根据系统采用的调度算法，弄清系统中各道作业随时间的推进情况。

我们用一个作业执行时间图来形象地表示作业的执行情况，帮助我们理解此题。

采用先来先服务调度算法，是按照作业提交的先后次序挑选作业，先进入的作业优先被挑选。

然后按照排队买票”的 办法，依 次选择 作业。

其 作业执 行时间 图如下：采用短作业优先调度算法，作业调度时根据作业的运行时间，优先选择计算时间短且资源能得满足的 作业。

其作业执行时间图如下：作业提交时间 客柞业陆鳗完成时间系统中只有作业1，于是作业1先被选中。

在8.0时刻，作业1运行完成，这时系统中有两道作业在等待调度，作业2和作业3，按照短作业优先调度算法，作业 3只要运行1个时间单位，而作业 2要运行4个时 间单位，于是作业 3被优先选中，所以作业 3先运行。

待作业3运行完毕，最后运行作业 2。

作业调度的 次序是1，3，2另外，要记住以下公式:作业i 的周转时间T i =作业完成时间一作业提交时间由 于作业1，2, 3是依次 到来的，所以当 开始时作业提交时问 客作业陆续完成吋间n 1-系统中个作业的平均周转时间，其中Ti为作业i的周转时间。

解：采用先来先服务调度策略，则调度次序为I、2、3平均周转时间T =( 8 +11.6 + 12) /3= 10.53采用短作业优先调度策略，则调度次序为I、3、2平均周转时间T =( 8 +8+ 12.6) /3= 9.53思考题1请同学们判断这句话：作业一旦被作业调度程序选中，即占有了CPU o() 提示：需要清楚作业调度和进程调度的区别。

【例2】考虑下述页面走向：1，2, 3，4, 2，1, 5，6, 2，1, 2，3，7, 6，3, 2，1, 2，3, 6当内存块数量分别为3时，试问FIFO、LRU、OPT这三种置换算法的缺页次数各是多少答：缺页定义为所有内存块最初都是空的，所以第一次用到的页面都产生一次缺页。

一、用P、V操作描述前趋关系。

P1、P2、P3、P4、P5、P6为一组合作进程，其前趋图如图2．3所示，试用P、V 操作描述这6个进程的同步。

p23图2．3说明任务启动后P1先执行，当它结束后P2、P3可以开始执行，P2完成后P4、P5可以开始执行，仅当P3、P4、P5都执行完后，P6才能开始执行。

为了确保这一执行顺序，设置5个同步信号量n、摄、f3、f4、g分别表示进程P1、P2、P3、P4、P5是否执行完成，其初值均为0。

这6个进程的同步描述如下：图2．3 描述进程执行先后次序的前趋图int f1=0; /*表示进程P1是否执行完成*／int f2=0; /*表示进程P2是否执行完成*／int f3=0; /*表示进程P3是否执行完成*／int f4=0; /*表示进程P4是否执行完成*／int f5=0; /*表示进程P5是否执行完成*／main(){cobeginP1( );P2( );P3( );P4( );P5( );P6( );coend}P1 ( ){┇v(f1);v(f1)：}P2 ( ){p(f1);┇v(f2);v(f2);)P3 ( ){p(f1);┇v(f3);}P4( ){p(f2);┇v(f4);}P5 ( ){p(f2);┇v(f5);}P6( ){p(f3);p(f4);p(f5);┇}二、生产者-消费者问题p25生产者-消费者问题是最著名的进程同步问题。

它描述了一组生产者向一组消费者提供产品，它们共享一个有界缓冲区，生产者向其中投放产品，消费者从中取得产品。

生产者-消费者问题是许多相互合作进程的一种抽象。

例如，在输入时，输入进程是生产者，计算进程是消费者;在输出时，计算进程是生产者，打印进程是消费者。

因此，该问题具有很大实用价值。

我们把一个长度为n的有界缓冲区(n>0)与一群生产者进程P１、P２、…、Pm和一群消费者进程C１、C２、…、Ck 联系起来，如图2．4所示。

PV操作在软考中的深入探讨1. 基本概念PV操作是用于进程同步的两种基本操作。

P操作通常表示为一个进程需要一个资源，而V操作表示释放一个资源。

这两种操作通常用于实现进程间的同步和互斥。

2. PV操作原理PV操作基于信号量机制。

信号量是一个整数值，通常用于表示资源的数量。

P操作会尝试获取资源，减少信号量的值；而V操作会释放资源，增加信号量的值。

如果P操作不能立即获得资源（即信号量为0），则该进程会被阻塞或等待，直到资源可用。

3. PV操作在进程同步中的应用PV操作在进程同步中有着广泛的应用。

例如，在生产者-消费者问题中，生产者用于生成数据，消费者用于消费数据。

通过PV操作，可以确保生产者在没有数据被消费之前不会继续生产，同时确保消费者在没有数据可供消费时不会继续消费。

4. PV操作和互斥量互斥量是一种特殊的信号量，其值只能为0和1。

当一个进程获得互斥量时，其他任何进程都无法获得该互斥量，直到第一个进程释放它。

这使得互斥量可以用于保护某些临界区域，以实现互斥访问。

PV操作和互斥量通常一起使用，以实现更复杂的同步问题。

5. PV操作的编程实现在大多数编程语言中，PV操作可以通过系统调用或库函数实现。

例如，在UNIX系统中，可以使用semop函数进行PV操作。

在实现PV操作时，需要注意避免死锁和饥饿等问题。

6. PV操作的复杂度分析PV操作的复杂度取决于所使用的算法和数据结构。

在一些算法中，例如二叉堆或斐波那契堆，PV操作的平均时间复杂度可以达到O(1)。

然而，在最坏的情况下，PV操作的复杂度可能会达到O(n)，其中n是信号量的值。

7. PV操作与信号量信号量是一种同步机制，用于控制多个进程对共享资源的访问。

PV操作是信号量机制中的基本操作，通过它们可以实现对共享资源的互斥访问和同步。

信号量通常用于保护临界区、实现进程间的同步和互斥等。

8. PV操作与死锁预防死锁是操作系统中的一个重要问题，它发生在两个或多个进程无限期地等待对方释放资源的情况。

计算机PV操作系统总结计算机PV操作系统总结一：概述1.1 引言在计算机系统中，操作系统是一种重要的软件组件，负责管理和协调计算机硬件与软件资源，提供用户和其他软件的接口，以实现计算机系统的正常运行和高效利用。

本文档总结了PV操作系统的基本原理、功能模块及其应用。

1.2 目的本文档旨在介绍PV操作系统的核心概念以及其在计算机系统中的作用，为开发人员和用户提供一个全面的参考。

二：PV操作系统的基本原理2.1 进程管理2.1.1 进程概念2.1.2 进程调度2.1.3 进程同步2.1.4 进程通信2.2 内存管理2.2.1 内存分配2.2.2 虚拟内存2.2.3 内存保护2.3 文件系统管理2.3.1 文件组织2.3.2 文件存储2.3.3 文件操作2.4 设备管理2.4.1 设备概念2.4.2 设备分配2.4.3 设备驱动三：PV操作系统的功能模块3.1 用户界面3.1.1 命令行界面3.1.2 图形用户界面3.2 系统调用接口3.2.1 系统调用类型3.2.2 系统调用的实现3.3 文件系统3.3.1 文件管理3.3.2 目录管理3.3.3 文件权限控制3.4 进程管理3.4.1 进程创建与撤销3.4.2 进程调度算法3.4.3 进程通信方式3.5 内存管理3.5.1 内存分配策略3.5.2 空间置换算法3.5.3 虚拟内存管理3.6 设备管理3.6.1 设备驱动程序3.6.2 设备分配策略3.6.3 设备中断处理四：PV操作系统的应用领域4.1 个人计算机4.2 服务器系统4.3 嵌入式系统4.4 移动设备附件：1. PV操作系统示例代码2. PV操作系统用户手册法律名词及注释：1. 版权：法律规定的对原创作品的独占权利。

2. 许可证：一种法律许可文件，允许使用者在符合某些条款和条件的情况下使用特定的软件或作品。

3. 用户协议：一种法律文件，规定了软件或服务的使用条款和条件，用户使用软件或服务前需要同意并接受这些条款和条件。

操作系统P V题解第一章The P,V Theorem在操作系统理论中有一个非常重要的概念叫做P,V原语。

在我们研究进程间的互斥的时候经常会引入这个概念，将P,V操作方法与加锁的方法相比较，来解决进程间的互斥问题。

实际上，他的应用范围很广，他不但可以解决进程管理当中的互斥问题，而且我们还可以利用此方法解决进程同步与进程通信的问题。

一Introduction of P,V Theorem阐述P,V原语的理论不得不提到的一个人便是赫赫有名的荷兰科学家E.W.Dijkstra。

如果你对这位科学家没有什么印象的话，提起解决图论中最短路径问题的Dijkstra算法应当是我们再熟悉不过的。

P,V原语的概念以及P,V操作当中需要使用到的信号量的概念都是由他在1965年提出的。

1 Some Conceptions信号量是最早出现的用来解决进程同步与互斥问题的机制，包括一个称为信号量的变量及对它进行的两个原语操作。

信号量为一个整数，我们设这个信号量为：S。

很显然，我们规定在S大于等于零的时候代表可供并发进程使用的资源实体数，S小于零的时候，表示正在等待使用临界区的进程的个数。

根据这个原则，在给信号量附初值的时候，我们显然就要设初值大于零。

p操作和v操作是不可中断的程序段，称为原语。

P,V原语中P是荷兰语的Passeren，相当于英文的pass,V是荷兰语的Verhoog,相当于英文中的incremnet。

P原语操作的动作是：（1）S减1；（2）若S减1后仍大于或等于零，则进程继续执行；（3）若S减1后小于零，则该进程被阻塞后进入与该信号相对应的队列中，然后转进程调度。

V原语操作的动作是：（1）S加1；（2）若相加结果大于零，则进程继续执行；（3）若相加结果小于或等于零，则从该信号的等待队列中唤醒一等待进程，然后再返回原进程继续执行或转进程调度。

需要提醒大家的是：P,V操作首先是一个原语操作，对于每一个进程来说，都只能进行一次。