现代操作系统中最基本的构成是进程，操作系统中的PV操作，是进程中实现同步和互斥的两种方法，了解PV操作对多线程编程以及JUC框架的本质有非常大的帮助
1 进程模型
1.1 两状态进程模型
最简单的进程模型，一个进程要么正在执行，要么未执行，如图所示
1.2 三态模型
在整个生命周期内，进程总是在一些状态之间转化，对于操作系统的创建和终止一般关注的较少，这里我们需要关注更重要的三种状态，即就绪态、运行态和阻塞态
就绪态：当前未执行但已做好准备的进程，只要操作系统调度到它，就会执行 运行态：当前正在被处理器执行的进程，在多处理器的系统中会有多个进程处于这种状态 阻塞态：正在等待某一事件完成(如IO操作)的进程
1.3 五状态进程模型
运行态：进程正在执行 就绪态：进程做好了准备，只要有机会就开始执行 阻塞/等待态：进程在某些事件发生前不能执行，如I/O操作完成 新建态:刚刚创建的过程，操作系统还未把它加入可执行进程组，它通常是进程控制块已经创建但还未加载到内存中的新进程 退出态：操作系统从可执行进程组中释放出的进程，要么它自身已停止，要么它因某种原因被取消
2 进程同步与互斥
在多进程的系统下，存在着不同的制约关系，为了协调这种互相制约的关系，实现资源共享和进程协作，从而避免进程之间的冲突，引入了进程同步和互斥
2.1 进程同步
进程同步也是进程之间直接的制约关系，是为完成某种任务而建立的两个或多个线程，这个线程需要在某些位置上协调他们的工作次序而等待、传递信息所产生的制约关系
如上图所示，进程P1需要从缓冲区读取进程P2产生的信息，当缓冲区为空时，进程P2因为读取不到信息而被阻塞。而当进程P1产生信息放入缓冲区时，进程P2才会被唤醒
2.2 进程互斥
进程互斥是进程之间的间接制约关系。当一个进程进入临界区使用临界资源时，另一个进程必须等待。只有当使用临界资源的进程退出临界区后，这个进程才会解除阻塞状态
如上图所示，进程P2需要访问打印机，但此时进程P1占有了打印机，进程P2会被阻塞，直到进程P1释放了打印机资源,进程P2才可以继续执行
3 信号量
信号量是一种用来解决进程同步与互斥问题的机制
3.1 定义
信号量（Saphore）由一个值和一个指针组成，指针指向等待该信号量的进程，信号量的值表示相应资源的使用情况，是用来解决进程同步与互斥的机制
3.2 使用方式
信号量 S>=0 时，S 表示可用资源的数量，执行一次P操作意味着请求分配一个资源，因此 S 的值减 1
信号量 S<0 时，表示已经没有可用资源，S 的绝对值表示当前等待该资源的进程数，请求者必须等待其他进程释放该类资源才能继续运行，而执行一个V操作意味着释放一个资源，因此 S 的值加 1
若 S<0 ，表示有某些进程正在等待该资源，因此要唤醒一个等待状态的进程，使之运行下去
注意：信号量S的值只能通过操作系统PV操作改变
4 PV操作(占有和释放)
一种实现进程互斥与同步的有效方法，包含P操作与V操作
P操作：使 S=S-1 ，若 S>=0 ，则该进程继续执行，否则排入等待队列
P (S){S=S-1;}//若S<0,将该进程状态置为等待状态，//然后将该进程的控制块插入相应的S信号量等待队列末尾，//直到有其他进程在S上执行V操作为止
V操作：使 S=S+1 ，若 S>0 ,唤醒等待队列中的一个进程
V (S){S = S + 1 ;}//若S<=0,释放在S信号量队列中等待的一个进程，//将其状态改变为就绪态，并将其插入就绪队列；//然后，执行本操作的进程继续执行
5 临界资源与缓冲区
5.1 临界资源
在操作系统中，进程是占有资源的最小单位（线程可以访问其所在进程内的所有资源，但线程本身并不占有资源或仅仅占有一点必须资源）。但对于某些资源来说，其在同一时间只能被一个进程所占用。这些一次只能被一个进程所占用的资源就是所谓的临界资源。典型的临界资源比如物理上的打印机，或是存在硬盘或内存中被多个进程所共享的一些变量和数据等，而进程内访问临界资源的代码称为临界区，对临界区的访问过程分为以下四个部分：
①进入区:查看临界区是否可访问，如果可以访问，则转到步骤二，否则进程会被阻塞
②临界区:在临界区做操作
③退出区:清除临界区被占用的标志
④剩余区：进程与临界区不相关部分的代码
5.2 缓冲区
进程 P1 将信息输入到缓冲区 B 中，进程 P2 负责从缓冲区 B 中取出数据输出
① 对于进程 P1 来说，如果缓冲区满，则应暂停输入，等待 P2 进程取走数据后再输入新数据
②对于进程 P2 来说，如果缓冲区空，则应等待 P1 进程送来新数据
6 小结
(1)操作系统的进程模型，其中五态的通用进程模型，是通常被用的最多的，更符合人的思考习惯，包括之后会提到的java线程的6种状态也是参考操作系统的五态模型设计的
(2)P操作和V操作都是操作系统的原语，是用于解决进程同步和互斥的一种机制
(3)信号量是个被保护的量，只有P、V操作和信号量初始化操作才能访问和改变它的值,同一信号量的P、V操作总是成对出现,P(s)对应s+1;V(s)对应s-1
(4)对于临界资源的访问，必须是互斥进行。也就是当临界资源被占用时，另一个申请临界资源的进程会被阻塞，直到其所申请的临界资源被释放
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