文章目錄

• 前言
• 一、PV 操作定義
• • 1.1、P 操作定義
  • 1.2、V 操作定義
• 二、串聯(lián)進(jìn)程（單線前驅(qū)圖）
• • 2.1、什么是單線前驅(qū)圖？
  • 2.2、如何計算單線前驅(qū)圖的 PV？
  • • 2.2.1、計算前驅(qū)節(jié)點 PV
    • 2.2.2、計算中間節(jié)點 PV
    • 2.2.3、計算尾節(jié)點 PV
• 三、并聯(lián)進(jìn)程（多線前驅(qū)圖）
• • 3.1、什么是多線前驅(qū)圖？
  • 3.2、并聯(lián)進(jìn)程趨于合并
  • • 3.2.1、計算前驅(qū)節(jié)點 PV
    • 3.2.2、計算中間節(jié)點 PV
    • 3.2.3、計算尾節(jié)點 PV
  • 3.3、并聯(lián)進(jìn)程趨于展開
  • • 3.3.1、計算前驅(qū)節(jié)點 PV
    • 3.3.2、計算中間節(jié)點 PV
    • 3.3.3、計算尾節(jié)點 PV
• 總結(jié)

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前言

關(guān)于 PV 操作基本都是結(jié)合進(jìn)程管理的前驅(qū)圖來進(jìn)行考察，歷年以來，無論是軟考還是操作系統(tǒng)的單獨考試，占有很大的比重。今天我們總結(jié)兩種在考試中常考的類型。一種是單線前驅(qū)圖，即串聯(lián)進(jìn)程，另一種是多線前驅(qū)圖，即并聯(lián)進(jìn)程。并聯(lián)進(jìn)程下又細(xì)分為兩類：一種逐漸向后合并（進(jìn)程趨于合并），另一種是前驅(qū)圖逐漸向后展開。兩種類型你都掌握了應(yīng)試也就毫無問題了。

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一、PV 操作定義

本文中的 S 為信號量。關(guān)于前驅(qū)圖以及信號量的基礎(chǔ)知識本篇不作詳細(xì)介紹。

1.1、P 操作定義

S:=S-1，若 S≥0，則執(zhí)行 P 操作的進(jìn)程繼續(xù)執(zhí)行；若 S<0，則置該進(jìn)程為阻塞狀態(tài)（因為無可用資源），并將其插入阻塞隊列。

定義這么長，我們只需要謹(jǐn)記：執(zhí)行 P 操作的進(jìn)程將進(jìn)入等待隊列。

1.2、V 操作定義

S:=S+1，若 S>0，則執(zhí)行 V 操作的進(jìn)程繼續(xù)執(zhí)行；若 S≤0，則從阻塞狀態(tài)喚醒一個進(jìn)程，并將其插入就緒隊列，然后執(zhí)行 V 操作的進(jìn)程繼續(xù)。

定義這么長，我們只需要謹(jǐn)記：執(zhí)行 V 操作的進(jìn)程將從阻塞隊列中喚醒一個進(jìn)程。

二、串聯(lián)進(jìn)程（單線前驅(qū)圖）

2.1、什么是單線前驅(qū)圖？

串聯(lián)進(jìn)程（單線前驅(qū)圖）是計算 PV 操作中最為簡單的。那什么是單線前驅(qū)圖呢？舉例前驅(qū)圖如下：

題干信息：使用 PV 操作控制進(jìn)程 P1、P2、P3 執(zhí)行的過程，設(shè)置 2 個信號量分別為 S1、S2 且初值均為零。分別列出 3 個進(jìn)程的進(jìn)程執(zhí)行圖來計算每個進(jìn)程的 PV 操作。

我們可以看到 P1、P2、P3 三個進(jìn)程是串聯(lián)關(guān)系，一一執(zhí)行，只有前面的進(jìn)程執(zhí)行了后面的才可以執(zhí)行，我們將這類前驅(qū)圖歸類為單線前驅(qū)圖。

2.2、如何計算單線前驅(qū)圖的 PV？

那我們計算該進(jìn)程的 PV 操作呢？我們將節(jié)點分為前驅(qū)節(jié)點（即首節(jié)點），中間節(jié)點，尾節(jié)點分別計算 PV。

2.2.1、計算前驅(qū)節(jié)點 PV

對于前驅(qū)的首結(jié)點 P1 進(jìn)程，進(jìn)程 P1 從初始狀態(tài)執(zhí)行操作的結(jié)果就是從阻塞隊列中喚醒一個進(jìn)程，即喚醒 P2，故其只有 V 操作，占用一個信號量 S1，進(jìn)程 P1 執(zhí)行 V（S1）操作。P1 進(jìn)程執(zhí)行圖如下圖所示：

2.2.2、計算中間節(jié)點 PV

對于中間節(jié)點 P2 進(jìn)程，只有在前驅(qū)進(jìn)程 P1 完成之后才可以執(zhí)行，如果進(jìn)程 P1 阻塞 P2 就無法正常執(zhí)行，處于等待狀態(tài)，故 P2 進(jìn)程是從等待 S1 的信號量，運行本進(jìn)程，結(jié)果就是喚醒另一個進(jìn)程即 P3 進(jìn)程，并占用一個信號量 S2。P2 進(jìn)程執(zhí)行圖如下圖所示：

2.2.3、計算尾節(jié)點 PV

對于 P3 進(jìn)程，同理，只有在前驅(qū)節(jié)點 P2 執(zhí)行完成將信號量 S2 傳過來之后才可以執(zhí)行，然后進(jìn)程結(jié)束。P3 進(jìn)程執(zhí)行圖如下圖所示：

三、并聯(lián)進(jìn)程（多線前驅(qū)圖）

3.1、什么是多線前驅(qū)圖？

多線前驅(qū)圖即并聯(lián)進(jìn)程，多個進(jìn)程趨于合并或者單個進(jìn)程展開為多個進(jìn)程，類似于初中我們所學(xué)的串并聯(lián)電路知識。下面我們分別從并聯(lián)進(jìn)程趨于合并與并聯(lián)進(jìn)程趨于展開兩個方向來討論不同情況如何計算 PV 操作。

3.2、并聯(lián)進(jìn)程趨于合并

并聯(lián)進(jìn)程趨于合并是并聯(lián)進(jìn)程中較為簡單的，我在這里舉一例較為經(jīng)典的例題。進(jìn)程前驅(qū)圖如下：

題干信息：使用 PV 操作控制進(jìn)程 P1、P2、P3、P4 并發(fā)執(zhí)行的過程，設(shè)置 4 個信號量分別為 S1、S2、S3、S4 且初值均為零。分別列出 5 個進(jìn)程的進(jìn)程執(zhí)行圖來計算每個進(jìn)程的 PV 操作。

3.2.1、計算前驅(qū)節(jié)點 PV

對于前驅(qū)的首結(jié)點，以 P1 進(jìn)程為例，進(jìn)程 P1 從初始狀態(tài)執(zhí)行操作的結(jié)果就是從阻塞隊列中喚醒一個進(jìn)程，即喚醒 P4，故其只有 V 操作，并占用一個信號量 S1，故進(jìn)程 P1 執(zhí)行 V（S1）操作。P1 進(jìn)程執(zhí)行圖如下圖所示：

同理，P2、P3 進(jìn)程與 P1 相同，三個進(jìn)程分別各占三個信號量S1、S2、S3，進(jìn)程執(zhí)行圖如下圖所示：

3.2.2、計算中間節(jié)點 PV

對于中間節(jié)點進(jìn)程 P4，只有在前驅(qū)進(jìn)程 P1、P2、P3 都已經(jīng)完成之后才可以執(zhí)行，而進(jìn)程 P1、P2、P3 均有可能在阻塞隊列中，故進(jìn)程 P4 需要先等待 P1、P2、P3 進(jìn)程的執(zhí)行（即 P 操作）接收信號量，然后執(zhí)行 P4 自身進(jìn)程喚醒 P5 操作（即 V 操作）占用一條信號量 S4。P4 進(jìn)程執(zhí)行圖如下圖所示：

3.2.3、計算尾節(jié)點 PV

對于 P5 進(jìn)程，同理，需要接收到 P4 進(jìn)程的信號量才可以運行，然后進(jìn)程結(jié)束。P5 進(jìn)程執(zhí)行圖如下圖所示：

3.3、并聯(lián)進(jìn)程趨于展開

并聯(lián)進(jìn)程趨于展開是并聯(lián)進(jìn)程中較為難的一種，但是理清了思緒還是得心應(yīng)手的。舉例題如下：

題干信息：使用 PV 操作控制進(jìn)程 P1、P2、P3、P4、P5 執(zhí)行的過程，設(shè)置 5 個信號量分別為 S1、S2、S3、S4、S5 且初值均為零。分別列出 5 個進(jìn)程的進(jìn)程執(zhí)行圖來計算每個進(jìn)程的 PV 操作。

分析：對于本前驅(qū)圖，我們應(yīng)該注意 P2、P3、P4 進(jìn)程，信號量的判別根據(jù)進(jìn)程標(biāo)識順序走。

3.3.1、計算前驅(qū)節(jié)點 PV

前驅(qū)節(jié)點進(jìn)程 P1跟之前我們講到的一樣，這里不再贅述。P1 進(jìn)程執(zhí)行圖如下圖所示：

3.3.2、計算中間節(jié)點 PV

對于進(jìn)程 P2，需要等到 P1 的信號量 S1，并喚醒 P3、P4 進(jìn)程分別占用信號量 S1、S2。P2 進(jìn)程執(zhí)行圖如下圖所示：

對于進(jìn)程 P3，需要等到進(jìn)程 P2 的信號量 S2 才可以執(zhí)行，然后激活進(jìn)行 P4，占用一個信號量 S4。P3 進(jìn)程執(zhí)行圖如下圖所示：

對于進(jìn)程 P4，需要等到進(jìn)程 P2、P3 的信號量 S3、S4 才可以執(zhí)行，然后激活進(jìn)程 P5，并占用一個信號量 S5。P4 進(jìn)程執(zhí)行圖如下圖所示：

3.3.3、計算尾節(jié)點 PV

對于尾節(jié)點進(jìn)程 P5，需要等到進(jìn)程 P4 的信號量 S5 才可以執(zhí)行，直到進(jìn)程結(jié)束。P5 進(jìn)程執(zhí)行圖如下圖所示：

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總結(jié)

本文給大家介紹了操作系統(tǒng)基本原理中的一個重要知識點，進(jìn)程管理之 PV 操作。我們通過對不同的前驅(qū)圖進(jìn)行分類，總結(jié)了兩大類最為常見的前驅(qū)圖類型，在不同的情境下設(shè)置不同的處理思路。循序漸進(jìn)，從單進(jìn)程到多進(jìn)程，處理思路跟著題目給出的前驅(qū)圖表示順序走（跟著順序走你會發(fā)現(xiàn)都是單進(jìn)程的計算方式）。相信本篇文章更能讓你在計算過程中起到事半功倍的效果。

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我是白鹿，一個不懈奮斗的程序猿。望本文能對你有所裨益，歡迎大家的一鍵三連！若有其他問題、建議或者補(bǔ)充可以留言在文章下方，感謝大家的支持！

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的操作系统原理：进程 PV 操作如何计算？全网最全三种前驱图计算类型总结的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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