操作系统-PV
🧠 背景：为什么会有 PV？
类比：内存（生产者） 和 CPU（消费者）
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内存 / IO / 磁盘 / 网络下载 → 不断“生产数据”
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例如：读取文件、下载视频、从数据库加载信息
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CPU → 负责“消费数据”
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例如：处理数据、解码、渲染画面、计算结果
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👉 由于生产和消费速度可能存在差异（如内存大、CPU处理慢），需要一个缓冲区（如缓存、队列）进行协调。
🔧 三个基本模板
1. 信号量
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定义：表示当前可用资源的个数。
2. 同步：控制先后顺序
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核心：信号量初始设为 0；
V操作释放信号量，进程 B 才能有资源继续执行。 -
问题：如果信号量初始值为 0，进程 A 和进程 B 都会被阻塞吗？
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回答：是的，这样可以保证进程 A 和 B 的先后顺序。
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3. 互斥：保证一个进程对资源的访问
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核心：使用
P和V操作夹住临界区（临界资源存放点）。
进程A； mutex=1
P（互斥信号量）； mutex--; 0；
临界区；
V（互斥信号量） mutex++; 1;进程B；
P（互斥信号量）；
临界区；
V（互斥信号量） 🏭 生产者-消费者模型
✅ full 是什么意思？
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定义：在生产者-消费者模型中，
full是一个信号量，用来表示当前缓冲区中“已经存了多少个产品”，也可以理解为“可供消费者消费的数据数量”。
✅ mutex 是什么？
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定义：
mutex是 mutual exclusion（互斥）的缩写，表示一次只允许一个线程/进程访问共享资源。用于保护临界区。
🔄 同步与互斥关系
同步关系
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生产者先生产出一个产品 →
V(full)，消费者才能消费一个产品 →P(full)。 -
消费者从缓冲区取来产品 →
V(empty)，释放一个空位，生产者才能继续生产 →P(empty)。
互斥关系
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使用
P(mutex)加锁缓冲区，V(mutex)释放缓冲区，确保缓冲区的互斥访问。
❓ 常见问题解答
问题：缓冲区初始为空，empty = n（如 10 个空位），为什么还需要等待消费者“消费”后产生空位？不是一开始就很多空位了吗？
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答案：
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✅ 一开始当然不需要等消费者，可以直接放数据进去！
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🛑 但如果生产得太快，把缓冲区塞满了（
empty == 0），就必须等消费者先消费一个产品（释放一个空位）才能继续生产。
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🧑💻 生产者代码解释
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生产：在自己线程内处理好数据（不影响别人）。
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P(empty)：检查是否有空位（资源控制）。 -
P(mutex)：进入缓冲区前加锁（互斥控制）。 -
放入缓冲区。
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V(mutex)：解锁。 -
V(full)：通知消费者“有东西可以用了”。
👩💻 消费者代码解释
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P(full)：等待是否有产品可取。 -
P(mutex)：加锁，准备访问缓冲区。 -
取产品：真正的“消费”动作。
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V(mutex)：解锁。 -
V(empty)：通知生产者释放了一个空位。 -
消费：转到自己的线程输出数据。
读者-写者（互斥）
📖 读者-写者问题（互斥）
问题：为什么 mutex 需要夹住 count，不是允许多个读者同时读吗？
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回答：是的，多个读者可以同时读，但是
count是一个“全局变量”，多个线程同时修改它会出问题，所以必须用mutex来保护它！
🔄 同步与互斥关系
同步关系
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读者读完后，解锁并将
count--。当count为 0 时，表示最后一个读者离开，此时写者可以开始写。 -
简单来说：第一个读者来关写者的门，最后一个读者来开写者的门。
互斥关系：
互斥关系
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count的初始值为 0，表示没有读者在读。 -
如果有写者正在写，
rw = 0，读者会被阻塞，等待写者写完。 -
如果没有写者写，
rw = 1，第一个读者执行P(rw)，然后继续执行。
❓ 常见问题解答
问题：如果第一个读者还没执行到 V(mutex)，第二个读者就进来了，会怎么样？第二个还能继续吗？
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答案：
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❌ 第二个读者进不来，它会被阻塞在
P(mutex)这里，直到第一个读者执行V(mutex)，它才能继续往下执行。 -
❗ 虽然读者可以“同时读”，但它们更新计数器
count时一定是串行的、有序的、安全的！
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ChatGPT链接：https://chatgpt.com/share/680274c9-faec-800c-8a90-253e36512386