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  • pv操作与信号量(示例代码)
    2021-05-17 11:16:12

    在python同步编程部分,需要分析和思考多个线程之间同步互斥问题,因此pv操作和信号量作为基础和重中之重,特此回顾pv操作和信号量。

    PV操作由P操作原语和V操作原语组成(原语即不可在分割的操作),对信号量(大部分是cpu等资源)进行操作,具体定义如下:

    P(S):

    ①将信号量S的值减1,即S=S-1;

    ②如果S>=0,则该进程继续执行;否则该进程置为等待状态。

    V(S):

    ①将信号量S的值加1,即S=S+1;

    ②该进程继续执行;如果该信号的等待队列中有等待进程就唤醒一等待进程。

    p操作就是对s(信号量)进行操作,p操作占用一个资源(s=s-1),空闲信号量减一,此时s>=0说明刚才资源足以满足线程需求,线程运行,否则挂起。

    v操作是线程完成之后释放资源,此时(s=s+1),此时空闲资源数量+1,若此时资源满足挂起队列线程需要,则新线程运行。

    关于PV操作的总结:

    1.在多线程编程中使用PV操作能忽略代码具体的实现细节,这样确保总体思路的正确性。

    2.分析PV操作时紧紧抓住同步和互斥;

    同步主要分析:谁在等待?等待什么?分析清楚了,同步就出来了;

    互斥主要分析:那些资源是共享的,共享资源需进一步思考有没有必要互斥,比如果盘问题中果盘是共享资源,但是果盘操作并不需要互斥;

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    在python同步编程部分,需要分析和思考多个线程之间同步互斥问题,因此pv操作和信号量作为基础和重中之重,特此回顾pv操作和信号量。

    PV操作由P操作原语和V操作原语组成(原语即不可在分割的操作),对信号量(大部分是cpu等资源)进行操作,具体定义如下:

    P(S):

    ①将信号量S的值减1,即S=S-1;

    ②如果S>=0,则该进程继续执行;否则该进程置为等待状态。

    V(S):

    ①将信号量S的值加1,即S=S+1;

    ②该进程继续执行;如果该信号的等待队列中有等待进程就唤醒一等待进程。

    p操作就是对s(信号量)进行操作,p操作占用一个资源(s=s-1),空闲信号量减一,此时s>=0说明刚才资源足以满足线程需求,线程运行,否则挂起。

    v操作是线程完成之后释放资源,此时(s=s+1),此时空闲资源数量+1,若此时资源满足挂起队列线程需要,则新线程运行。

    关于PV操作的总结:

    1.在多线程编程中使用PV操作能忽略代码具体的实现细节,这样确保总体思路的正确性。

    2.分析PV操作时紧紧抓住同步和互斥;

    同步主要分析:谁在等待?等待什么?分析清楚了,同步就出来了;

    互斥主要分析:那些资源是共享的,共享资源需进一步思考有没有必要互斥,比如果盘问题中果盘是共享资源,但是果盘操作并不需要互斥;

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    基于Linux操作系统的司机售票员的PV操作问题

    P操作和V操作室操作系统中,常用的进程管理的操作模型,不同的操作系统有不同的实现方法,而不是一个具体可以直接调用的函数。PV操作主要是可以实现进程的同步或者互斥。接下来就用一个经典的例子理解PV操作

    1. 初步认识
      信号量S
      信号量的值有3种情况有不同的处理方式
      S=0时,表示当前没有可用资源,此时进程会被阻塞,等待资源空闲出来。
      S>0时,表示当前有S个空余资源,此时可以让进程继续进行下去,不会阻塞。
      S<0时,表示当前资源短缺,其绝对值表示同样在等待该资源释放的进程数目

    P操作
    功能:为进程申请一个资源,或者阻塞一个进程
    逻辑:

    void P(S)
    {
        S=S-1;
        /*信号量自减1,表示申请了一个
        资源,资源数目减去1*/
        if(S<0)
        /*如果S<0了,说明资源不足,申请失败,
        但是S不要加回来,S绝对值用来顺便统计
        一共有多少进程在等待*/
        {
            阻塞正在申请该资源的当前进程,因为资源不够;
        }
    }
    

    **总结:**其实P操作就是检测信号量够不够,够的话就启动这个信号量代表的进程,不够的话就暂时把这个进程阻塞了。
    【每执行一次P操作,资源数和信号量减少1】

    V操作:
    ** 功能** 释放一个资源。让资源或者信号量增加1个

    ** 逻辑:**

    void V(S)
    {
        S=S+1;
        //把当前进程占有的资源释放掉,故S加一
        if(S<=0)
        {
            从阻塞队列中释放一个进程,继续执行;
        }
    }
    

    **总结:**V操作就是检测是否队列中有正在等待的进程,有的话唤醒一个。并且释放一个资源
    【每执行一次V操作,资源数和信号量就会加一】

    接下来我们用一个例子体会:

    • 司机和售票员必须同步:一方面:售票员只有关闭车门后,司机才可以开车;另一方面:司机到站停车后,售票员才可以打开车门。不可以混乱。试用伪代码实现逻辑过程。 *
      设置2个信号量:
      S2 代表车门这个资源,初始值为0
      S1代表行驶状态这个资源,初始值也为0
    司机进程
    {
         P(S2);
         发动汽车,开始行驶;
         汽车到站,停车;
         V(S1);
    }
    
    售票员进程
    {
        关车门;
        V(S2);
        售票;
        P(S1);
        开车门;
        客人上下车;
    }
    

    【分析】
    一开始,司机进程和售票员同时开始进行。
    司机进程内:一开始就用P操作检测车门信号量S2。
    此时S2=0,P操作之后S2=-1,【车门资源不够,即:车门打开了】于是司机进程被阻塞。一直等待售票员进程内关闭车门,释放S2信号量。这一时期他一直在检测S2是否符合条件
    售票员进程内:此时司机进程一直被阻塞。售票员关闭车门后,利用V操作,释放车门资源S2,S2加一成为0。【门关闭】

    此时:司机进程内S2变成0后,司机进程检测到符合了。就继续执行司机进程,开车开始行驶。售票员进程也在同时进行,即售票。

    售票员售票结束后,会进入到P操作检测行驶状态资源S1,S1此时是0,减一后为-1。不满足条件,【即,汽车正在行驶】。于是售票员进程被阻塞了,等待司机进程释放S1才可以开门。

    司机进程内:此时售票员进程已经被阻塞在P操作了。司机到站停车后,利用V操作释放了S1,让S1加一变成0【即,停车】

    这时候售票员进程检测到S1满足了要求,P操作通过,于是售票员进程继续进行。她打开了车门。

    接下来司机又会回到梦开始的地方:那个一开始检测S2的P操作处,继续执行下去。
    【你当然可以设置循环处,不要像我一样没良心一直让他工作】

    注释:这个例子里有一段是司机一边开车售票员一边售票的阶段,即:两个进程同时进行。
    我们上面举例是售票员售完了票,司机没停车,售票员没办法开门。
    但是操作系统的不确定性,完全可能两个进程进行的程度不一样,可能会司机停车了,应该打开车了,可是售票员没买完票就一直不开车门。。。。。
    这一个例子不要深究嘛~

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  • 如果你是一个 linux 系统管理员,那么毫无疑问你必须花费大量的工作时间在命令行上:安装和卸载软件,监视系统状态,复制、移动、删除文件,查错,等等。很多时候都是你输入一个命令,然后等待很长时间直到执行完成...

    如果你是一个 linux 系统管理员,那么毫无疑问你必须花费大量的工作时间在命令行上:安装和卸载软件,监视系统状态,复制、移动、删除文件,查错,等等。很多时候都是你输入一个命令,然后等待很长时间直到执行完成。也有的时候你执行的命令挂起了,而你只能猜测命令执行的实际情况。

    通常 linux 命令不提供和进度相关的信息,而这些信息特别重要,尤其当你只有有限的时间时。然而这并不意味着你是无助的——现在有一个命令,pv,它会显示当前在命令行执行的命令的进度信息。在本文我们会讨论它并用几个简单的例子说明其特性。

    PV 命令PV 由Andrew Wood 开发,是 Pipe Viewer 的简称,意思是通过管道显示数据处理进度的信息。这些信息包括已经耗费的时间,完成的百分比(通过进度条显示),当前的速度,全部传输的数据,以及估计剩余的时间。

    "要使用 PV,需要配合合适的选项,把它放置在两个进程之间的管道。命令的标准输入将会通过标准输出传进来的,而进度会被输出到标准错误输出。”

    上述解释来自该命令的帮助页。

    下载和安装Debian 系的操作系统,如 Ubuntu,可以简单的使用下面的命令安装 PV:

    复制代码代码如下:

    sudo apt-get install pv

    RedHat系的则这样:

    复制代码代码如下:

    # yum install pv

    如果你使用了其他发行版本,你可以使用各自的包管理软件在你的系统上安装 PV。一旦 PV 安装好了你就可以在各种场合使用它(详见下文)。需要注意的是下面所有例子都使用的是 pv 1.2.0。

    特性和用法我们(在 linux 上使用命令行的用户)的大多数使用场景都会用到的命令是从一个 USB 驱动器拷贝电影文件到你的电脑。如果你使用 cp 来完成上面的任务,你会什么情况都不清楚,直到整个复制过程结束或者出错。

    然而pv 命令在这种情景下很有帮助。比如:

    复制代码代码如下:

    pv /media/himanshu/1AC2-A8E3/fNf.mkv > ./Desktop/fnf.mkv

    输出如下:

    0222c0abc00e2ad6f1c27ba9d94abfa3.png

    所以,如你所见,这个命令显示了很多和操作有关的有用信息,包括已经传输了的数据量,花费的时间,传输速率,进度条,进度的百分比,以及剩余的时间。

    pv 命令提供了多种显示选项开关。比如,你可以使用-p 来显示百分比,-t 来显示时间,-r 表示传输速率,-e 代表eta(LCTT 译注:估计剩余的时间)。好事是你不必记住某一个选项,因为默认这几个选项都是启用的。但是,如果你只要其中某一个信息,那么可以通过控制这几个选项来完成任务。

    这里还有一个-n 选项来允许 pv 命令显示整数百分比,在标准错误输出上每行显示一个数字,用来替代通常的可视进度条。下面是一个例子:

    复制代码代码如下:

    pv -n /media/himanshu/1AC2-A8E3/fNf.mkv > ./Desktop/fnf.mkv

    ad42e0df57e320ac067a622020f4a561.png

    这个特殊的选项非常合适某些情境下的需求,如你想把用管道把输出传给dialog 命令。

    接下来还有一个命令行选项,-L 可以让你修改 pv 命令的传输速率。举个例子,使用 -L 选项来限制传输速率为2MB/s。

    复制代码代码如下:

    pv -L 2m /media/himanshu/1AC2-A8E3/fNf.mkv > ./Desktop/fnf.mkv

    6725c6e1397a14225c2cf37ff683725a.png

    如上图所见,数据传输速度按照我们的要求被限制了。

    另一个pv 可以帮上忙的情景是压缩文件。这里有一个例子可以向你解释如何与压缩软件Gzip 一起工作。

    复制代码代码如下:

    pv /media/himanshu/1AC2-A8E3/fnf.mkv | gzip > ./Desktop/fnf.log.gz

    d5b4491f3f253ae771794b14741bf365.png

    有时候我们在电影屏幕上看到一些字幕一个个匀速显示出来,像有人在边敲键盘,边显示一样。Linux上的pv命令可以实现这种效果。

    运行如下命令:

    复制代码代码如下:

    $ echo "Tecmint[dot]com is a community of Linux Nerds and Geeks" | pv -qL 10

    效果如下:

    3fa2de34a19c22b12af15c702239ca70.gif

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