## 简介

建站可能是因为热爱，但生活需要Money。

建站一个常见的搞钱方式就是接广告，Google的Adsense广告集成相对容易。本文就记录一下主要使用`VanBlog`原生的功能点集成GoogleAdsense广告。

**本文使用的VanBlog版本为`v0.52.0`。**

<div class="article-ads"></div>


## 注册开通GoogleAdsense

这个就不详细说明了，简要说一下步骤吧：
1. [注册Google帐号](https://accounts.google.com/signup/v2/webcreateaccount?biz=false&cc=SG&dsh=S1779411376%3A1682069492985185&flowEntry=SignUp&flowName=GlifWebSignIn&ifkv=AQMjQ7SKPzVDZeNBVKrk1Fmt2umoS9i6jUrPcaE5ew81jlgzkKylBKvdSD5oMbQlpJiaykbRFYQ1Tw)
2. [开通Google Adsense](https://adsense.google.com/start/)
3. 填写你的个人信息、收款信息等，收款信息较为重要，Google一般会根据你填写的地址邮递收益支票。
4. 在Google Adsense中绑定你的网站（域名）`（此步需要配置DNS验证）`

通过以上四步，完成网站认证后，算是完成了广告投放的前置工作。后面就需要实际操作将广告添加到网站中了。

## 添加广告到网站

Google提供的广告常用的有两种：自动广告、手动广告（自定义广告）。无论哪种广告添加到网站，简单来讲都可以为两步：
1. 生成广告脚本
2. 将广告脚本插入到网站页面

此处是一个手动插入的文章内广告：

<div class="article-ads"></div>

### 自动广告

#### 生成自动广告脚本

自动广告是Google提供的最简单的广告方式如果你已经完成了前置工作，在下图页面可以直接获取相关的自动广告脚本，其中广告细节设置包括：广告形式、广告位置、广告启停等。

![VanBlog集成/接入GoogleAdsense广告](https://images.oldmoon.top/images/dingdangdog/dingdangdog1682311447397.jpg)

点击上图【获取代码】后，可以弹出脚本信息及使用的相关说明，如下图：

![VanBlog集成/接入GoogleAdsense广告](https://images.oldmoon.top/images/dingdangdog/dingdangdog1682311763230.jpg)

#### 配置自动广告脚本

找到脚本后，将脚本复制，即可到自己的VanBlog后台进行配置，配置时使用的功能是：【站点管理】→【系统设置】→【客制化】。`PS：脚本不要直接使用本文中的哦！那是我的广告脚本。。。`

现在【客制化】中有：自定义CSS、自定义Script、自定义Html（Body）、自定义Html（Head）。在老版本的VanBlog中只有自定义CSS和自定义Script，所以需要将脚本在自定义Script进行配置，而且配置内容需要稍微处理一下，新版本直接在自定义Html（Head）中配置即可。

1. 自定义Html（Head）

在自定义Html（Head）中将谷歌提供的脚本直接粘贴到输入框中即可，如下图。

![VanBlog集成/接入GoogleAdsense广告](https://images.oldmoon.top/images/dingdangdog/dingdangdog1682312854136.jpg)

2. 自定义Script

**仅推荐没有`自定义Html（Head）`功能的VanBlog版本使用！**

在自定义Script中加入如下配置（注意改成你自己的广告脚本）

脚本前加个`</script>`，脚本后加个`<script>`

```html
</script>
<script async src="https://pagead2.googlesyndication.com/pagead/js/adsbygoogle.js?client=ca-pub-8842635629279684" crossorigin="anonymous"></script>
<script>
```

#### 拓展

无论你开不开启自动广告，都推荐在`自定义Html（Head）`中配置如下脚本，也就是[配置自动广告脚本](#配置自动广告脚本)中的`1.自定义Html（Head）`，至于原因，咱们下面再说。（**注意将脚本改为你自己的广告脚本**）

```html
<script async src="https://pagead2.googlesyndication.com/pagead/js/adsbygoogle.js?client=ca-pub-8842635629279684" crossorigin="anonymous"></script>
```

### 手动广告（自定义广告）

> 以下内容建立在VanBlog高版本（含有`自定义HTML（body）`功能的版本）下，以`自定义侧边栏广告`为例介绍配置过程。低版本应该也能够实现，但可能相对麻烦，所以如果你的版本较低，建议升级！

#### 获取手动广告脚本

手动广告需要先创建，再获取脚本，如下图进入【按广告单元】设置页面，选择展示广告、信息流广告等四种广告类型中的一种，进行广告创建。

其中本人常用的是【展示广告】、【文章内嵌广告】。

![VanBlog集成/接入GoogleAdsense广告](https://images.oldmoon.top/images/dingdangdog/dingdangdog1682314739161.jpg)

简单介绍一下展示广告和文章内嵌广告：
- 展示广告：可以自定义广告大小、长宽，如自定义侧边栏广告。
- 文章内广告：可以自适应文章内容长宽，看起来像是文章内的图片一样。

创建完广告后，点击获取代码即可进入脚本页面，如下图：

![VanBlog集成/接入GoogleAdsense广告](https://images.oldmoon.top/images/dingdangdog/dingdangdog1682314952278.jpg)

![VanBlog集成/接入GoogleAdsense广告](https://images.oldmoon.top/images/dingdangdog/dingdangdog1682315066323.jpg)

咱们使用HTML类型的代码即可。

#### 配置手动广告脚本

获取到脚本后，可以先观察一下脚本的内容，如下：

```html
<script async src="https://pagead2.googlesyndication.com/pagead/js/adsbygoogle.js?client=ca-pub-8842635629279684"
     crossorigin="anonymous"></script>

<ins class="adsbygoogle"
     style="display:inline-block;width:200px;height:500px"
     data-ad-client="ca-pub-8842635629279684"
     data-ad-slot="9778797459"></ins>
<script>
     (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
</script>
```

经过测试，该脚本可以拆分成三部分，并且可以独立配置：
1. 谷歌广告单元脚本引入

```html
<script async src="https://pagead2.googlesyndication.com/pagead/js/adsbygoogle.js?client=ca-pub-8842635629279684"
     crossorigin="anonymous"></script>
```

该部分脚本细心地朋友可能会发现，与【自动广告】的脚本是一样的，所以才有了上面[拓展](#拓展)中的说明。

所以此部分参考[自动脚本的配置](#配置自动广告脚本)即可，不再详细说明。

2. 广告容器

```html

<ins class="adsbygoogle"
     style="display:inline-block;width:200px;height:500px"
     data-ad-client="ca-pub-8842635629279684"
     data-ad-slot="9778797459"></ins>
```

该部分脚本，简单理解就是一个html元素，用于存放Google广告图片的（`虽然广告一般不仅仅是简单的图片，但这么理解也没啥大问题`）。

所以该部分脚本放置在您想要插入广告的页面源码中即可。在VanBlog中推荐在自定义HTML（Body）中配置，如下图：

![VanBlog集成GoogleAdsense广告](https://images.oldmoon.top/images/dingdangdog/dingdangdog1682315673768.jpg)

**提示：图中通过一个侧边栏广告标签（自定义标签）插入了两个广告位，并且使用css的`position`调整了每个广告的位置。**

3. 广告刷新（显示）脚本

```html
<script>
     (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
</script>
```

**该部分脚本需要在以上两部分脚本配置完毕后，再使用，否则会报错。** 其作用可以理解为：获取谷歌广告内容，并在广告位中插入广告内容。

该部分脚本推荐在自定义Script中配置，如下图：

![VanBlog集成/接入GoogleAdsense广告](https://images.oldmoon.top/images/dingdangdog/dingdangdog1682315899506.jpg)

因为上面设置了两个广告容器，所以该部分脚本也要使用两遍，原因自己体会吧~~~

## 总结

经过以上介绍，你应该可以使用VanBlog系统自带的功能完成一些简单的谷歌广告接入。并且应该能了解到，自定义广告的脚本可分为三部分：1.谷歌广告引入，2.广告容器设置，3.广告刷新（显示）。

### 拓展：文章内嵌广告

谷歌的【文章内嵌广告】也较常用，但VanBlog文章前台页面是后端渲染的，出于安全性等方面的考虑，所以禁用了文章正文嵌入脚本的部分功能，导致直接在写文章时将广告嵌入文章正文一般是无法展示的。但由于VanBlog后台提供了丰富的客制化功能，也可以实现【文章内嵌广告】的接入。

此处就不详细介绍了，只提出简单的实现思路，具体实现欢迎大家讨论：
1. 在客制化中将广告位插入到正文中，如：`innerHTML`。
2. 页面加载时，获取页面的广告位数量，按照数量循环刷新，防止部分广告未渲染。

**PS：VanBlog作者真是太棒了，有问必答有求必应，妥妥的劳模，赞！**
 
## ads.txt 的坑

虽然使用VanBlog经过以上步骤，你可以简单快速完成谷歌广告的接入，但还是有一个坑是目前VanBlog无法独自完成的，那就是`ads.txt`文件的处理。

官方指南：[ads.txt指南](https://support.google.com/adsense/answer/7532444?hl&sjid=2395357316123191762-AP)

具体`ads.txt`的作用可以查阅指南，这里说一下直观的要求。

比如我的网站是`https://oldmoon.top`，那么Google AdSense建议通过`https://oldmoon.top/ads.txt`可以访问并显示他提供给你的内容（`在Google AdSense可以下载你的ads.txt文件`）。

我的做法是，关闭VanBlog自带的HTTPS解析功能，使用`Nginx Proxy Manager`自己代理`https://oldmoon.top`到VanBlog系统，并配置独立的拦截`/ads.txt`，将其请求转发到另一个`Nginx`，用于访问`ads.txt`文件。

当然如果你有更好的解决方案，欢迎在评论中讨论！

### 其他建议

1. 不要刷网站的广告访问量，小心被封号；
2. 不要发布歧视、煽动战争等等有害言论，小心被停止广告推送；
3. 其他请自行查阅谷歌广告规范~

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网站接入GoogleAdsense广告（VanBlog版）

## 简介

段式存储和页式存储是计算机系统中用于管理内存的一些重要技术，尤其是在内存管理和虚拟内存机制中。

这部分考点可能会考察概念的理解，也可能会出现部分需要计算的题目。



## 段式存储
**段式存储（Segmentation）** 是一种内存管理方案，它将程序和数据划分为若干个段（Segment）。每个段有一个段号和一个段内地址。

段式存储的主要特点和考点包括：

### 基本概念

- 段（Segment）：一个段是一段逻辑上相关的内存区域，例如一个程序模块、数据数组、堆栈等。每个段都有一个段号和段内地址。
- 段表（Segment Table）：段表存储每个段的起始地址和长度，用于地址转换。

### 地址转换

逻辑地址由段号和段内地址组成。地址转换通过查段表实现，将逻辑地址转换为物理地址。地址转换公式：
> 物理地址 = 段基址 + 段内地址

### 优缺点

- 优点：支持用户视角的逻辑内存划分，提高程序模块化和共享性。每个段可以有不同的保护和共享属性，提高安全性。
- 缺点：内存碎片问题：段的大小不同，容易产生外部碎片。段表开销：需要维护段表，增加内存管理的复杂度。

## 页式存储

**页式存储（Paging）** 也是一种内存管理方案，它将内存划分为固定大小的页（Page）和页框（Frame）。

### 基本概念

- 页（Page）：逻辑内存划分为固定大小的块，称为页。
- 页框（Frame）：物理内存也划分为固定大小的块，称为页框。
- 页表（Page Table）：页表存储每个页对应的页框号，用于地址转换。

### 地址转换

逻辑地址由页号和页内偏移组成。地址转换通过查页表实现，将逻辑地址转换为物理地址。地址转换公式：
> 物理地址 = 页框基址 + 页内偏移

### 优缺点

- 优点：解决了内存碎片问题：页和页框大小固定，有效减少了外部碎片。内存利用率高：物理内存可以分散存放，内存利用率提高。
- 缺点：页表开销：每个进程都有一个页表，增加了内存管理的开销。地址转换开销：每次内存访问都需要通过页表进行地址转换，可能影响性能。

## 段页式存储
**段页式存储（Segmented Paging）** 结合了段式存储和页式存储的优点。

### 基本概念

- 逻辑内存先划分为段，每个段再划分为页。
- 需要维护段表和每个段对应的页表。

### 地址转换

- 逻辑地址包含段号、页号和页内偏移。
- 地址转换过程：先查段表获取段基址，再查段对应的页表获取页框基址，最后计算物理地址。

### 优点

1. 结合了段式存储的逻辑划分和页式存储的固定大小分块，提高内存管理效率。
2. 既减少了内存碎片问题，又支持灵活的内存保护和共享。

## 应考建议
在《软件设计师》考试中，关于段式存储和页式存储的考点主要包括：

- 基本概念和术语：理解段、页、页框、段表、页表等基本概念。
- 地址转换过程：掌握段式存储和页式存储的地址转换过程和公式（几乎不考）。
- 优缺点对比：能够对比段式存储和页式存储的优缺点，以及它们在实际应用中的适用场景。
- 综合应用：理解段页式存储的原理和优势，能解释其工作机制。

### 例题（难）

在一个页式存储管理系统中，假设逻辑地址空间为 `16` 位，页大小为 `4KB`。已知某个逻辑地址为 `0x3A45`，请计算该地址存储在物理内存的哪个页框中，假设页表如下：

|逻辑页|物理页|
|----|----|
| 0 | 3 |
| 1 | 5 |
| 2 | 1 |
| 3 | 7 |
| 4 | 2 |
| 5 | 6 |
| 6 | 4 |
| 7 | 0 |

#### 解答过程

1. 确定页大小和页号

页大小为 `4KB`，即 `2^12` 字节。因此，逻辑地址的低 `12` 位为页内偏移，高 `4` 位为页号。
逻辑地址为 `0x3A45`（`16` 进制），转换为二进制为：`0011 1010 0100 0101`。

2. 提取页号和页内偏移：

页号：高 `4` 位 `0011`，即 `3`（十进制）。
页内偏移：低 `12` 位 `1010 0100 0101`，即 `0xA45`（十进制为 `2629`）。

3. 查找页表：

页表显示页 `3` 映射到页框 `7`。

4. 计算物理地址：

物理页框号为 `7`，物理页框基地址为页框号乘以页大小。
页大小为 `4KB`，即 `4096` 字节。
页框基地址 = `7 × 4KB` = `7 × 4096` = `28672`（十进制）或 `0x7000`（`16` 进制）。

5. 计算最终物理地址：

物理地址 = 页框基地址 + 页内偏移。
物理地址 = `0x7000 + 0xA45 = 0x7A45`。

6. 答：
逻辑地址 `0x3A45` 对应的物理地址是 `0x7A45`。该地址存储在物理内存的页框 `7` 中。

软考知识点13：段式存储、页式存储

## 简介

进程死锁（Deadlock）是指一组进程在等待彼此持有的资源，导致所有进程都无法继续执行的情况。这种相互等待的状态使得所有相关进程都被永久阻塞。

进程资源图是资源分配图的另一种称谓，是用有向图表示系统中进程与资源之间的请求和分配关系的图。

软考中，这两个考点都是关于死锁的。



## 进程死锁

### 死锁产生的四个必要条件

死锁的产生需要同时满足以下四个条件：
- 互斥条件（Mutual Exclusion）：至少有一个资源是被独占使用的。
- 占有并等待条件（Hold and Wait）：一个进程已经占有了至少一个资源，同时又在等待另一个资源。
- 不剥夺条件（No Preemption）：进程已获得的资源在未使用完之前，不能被强制剥夺，只能由该进程主动释放。
- 环路等待条件（Circular Wait）：存在一个进程等待链，链中每个进程都在等待下一个进程所占有的资源。

如何判断进程会不会死锁？
判断进程是否会陷入死锁，常用的方法包括：

### 资源分配图

资源分配图（Resource Allocation Graph, RAG）：

- 定义：RAG是一种有向图，用于表示进程和资源的分配和请求情况。
- 组成：图中包含两类节点：进程节点（圆形）和资源节点（方形），以及两类边：请求边（从进程指向资源）和分配边（从资源指向进程）。

### 死锁相关计算

要计算导致死锁的资源数，需要分析如下几个数字：
1. 系统资源的总数。
2. 已分配的资源数。
3. 每个进程当前所需的资源数。

有了这几个数字之后，即可确定系统资源是否满足进程运行，从而是否造成死锁、死锁最小的进程等等。

这里计算时，我们可以认为：**如果只需要额外引入一个资源即可满足所有进程的运行，则这个系统不会死锁，否则。则会死锁。**

有了这个条件，就可以利用小学只是计算死锁相关的问题了。

#### 例题
如：已知共有8个资源，相同的N个进程，每个进程需要3个资源，则最大可以运行多少个进程？

计算：`(8 + 1) / 3 = 3` 刚好等于3，所以3个进程可以正常运行，4个进程则会死锁。

如果每个线程占用4个资源呢？

`(8 + 1) / 4 = 2.25`，不到3，则最大能运行2个进程，3个进程就会造成死锁。

- 反之：已知共有2个进程，那每个进程最大占用多少资源不会死锁呢？

`8 + 1 / 2 = 4.5`，则占用4个资源不会死锁，5个则会死锁。

## 进程资源图

### 组成

进程组原图一般是线框图，其中节点代表进程（`Process`）和资源（`Resource`），箭头表示已分配资源或请求组员，具体介绍：
- 节点：进程（`常用圆形图标，字母P表示，如：P1, P2, ...`）和资源（`常用矩形图标，字母R表示，如：R1, R2, ...`）。
- 箭头：
    - 从进程指向资源，表示进程请求资源。
    - 从资源指向进程，表示资源已分配给进程。

### 如何判断进程资源图中是否存在死锁？

判断进程资源图中是否存在死锁，可以通过以下步骤：

1. 构建资源分配图：将当前系统的进程和资源关系绘制成图。添加请求边和分配边。
2. 检测环路：使用环检测算法（如深度优先搜索DFS）在资源分配图中检测是否存在环。若存在环，并且每个资源只有一个实例，则该环表示死锁。若某些资源有多个实例，需要进一步检查环中的资源实例分配情况，以确定是否真的存在死锁。

实际例子

假设系统中有两个进程P1和P2，以及两个资源R1和R2。P1持有R1，等待R2。P2持有R2，等待R1。则资源分配图如下：
```console
P1 → R2（P1请求R2分配资源）
R1 → P1（R1已分配资源给P1）
P2 → R1（P2请求R1分配资源）
R2 → P2（R2已分配资源给P2）
```
分析：
- 互斥条件：R1和R2是独占的。
- 占有并等待条件：P1占有R1，等待R2；P2占有R2，等待R1。
- 不剥夺条件：资源不能被强制剥夺。
- 环路等待条件：存在P1 -> R2 -> P2 -> R1 -> P1的环路。
因此，该资源分配图中存在环路，且所有资源都是独占的，因此系统存在死锁。

## 总结
- 进程死锁是进程间互相等待资源导致的永久阻塞状态。
- 四个必要条件：互斥、占有并等待、不剥夺、环路等待。
- 资源分配图用节点和有向边表示进程和资源的关系，通过环检测判断死锁。

通过理解这些概念和方法，可以有效地分析和处理进程死锁问题。

软考知识点12：死锁、进程资源图

## 简介

进程调度是一个操作系统中的重要部分，进程调度的方式一般决定了操作系统的性质。

进程调度是操作系统在多个进程之间分配CPU时间的一种机制。常见的进程调度模式包括以下几种：
- 先来先服务调度（`First-Come, First-Served`, FCFS）
- 短作业优先调度（`Shortest Job Next, SJN` 或 `Shortest Job First`, SJF）
- 优先级调度（`Priority Scheduling`）
- 时间片轮转调度（`Round Robin`, RR）
- 多级反馈队列调度（`Multilevel Feedback Queue`, MLFQ）



## 进程调度常见模式
### 先来先服务调度

- 概念：按照进程到达的顺序进行调度，先到达的进程先分配CPU。
- 优点：实现简单、公平。
- 缺点：可能导致“短进程等待长进程”问题，即“等待时间长”（`convoy effect`），无法保证紧急进程的及时处理。

### 短作业优先调度

- 概念：优先调度预计运行时间最短的进程。
- 优点：减少平均等待时间。
- 缺点：需要准确预测进程的运行时间，可能导致“饥饿”问题（长作业长时间得不到调度）。

### 优先级调度

- 概念：根据进程的优先级进行调度，优先级高的进程先分配CPU。
- 优点：可以保证重要任务的及时处理。
- 缺点：可能导致低优先级进程“饥饿”问题，需要引入优先级提升机制。

### 时间片轮转调度

- 概念：每个进程按照固定时间片轮流占用CPU。
- 优点：公平、响应时间短，适合交互式系统。
- 缺点：时间片大小的选择影响系统性能，时间片过大类似于FCFS，时间片过小则增加上下文切换的开销。

### 多级反馈队列调度

- 概念：将进程放入多个队列，每个队列有不同的优先级和时间片，进程可以在队列之间动态调整。
- 优点：兼顾公平性和响应时间，可动态调整优先级，适应多种工作负载。
- 缺点：实现复杂，需要合理设置队列和调度策略。

## PV操作

### 定义
PV操作 是一种用于进程同步的原语，由荷兰计算机科学家 `Edsger Dijkstra` 引入。PV操作主要用于信号量（`Semaphore`）的实现，信号量是一种用于控制对共享资源访问的同步机制。

### 信号量

- 定义：信号量是一个整数，用于表示可用资源的数量。信号量可以是计数信号量（Counting Semaphore）或二进制信号量（Binary Semaphore）。
- 类型：
    - 计数信号量：允许多个进程同时访问一定数量的资源。
    - 二进制信号量：类似互斥锁（Mutex），只有0和1两个值，用于实现互斥。

### P操作

定义：P操作（`Proberen`，测试/减），P用于请求资源，将信号量的值减1。  
语法：P(S)，其中S是信号量。  
代码解释：
```c
void P(Semaphore S) {
    S.value--;
    if (S.value < 0) {
        // 将进程加入等待队列
        block();
    }
}
```
### V操作

定义：V操作（`Verhogen`，释放/加）：用于释放资源，将信号量的值加1。  
语法：V(S)，其中S是信号量。  
代码解释：
```c
void V(Semaphore S) {
    S.value++;
    if (S.value <= 0) {
        // 唤醒等待队列中的一个进程
        wakeup();
    }
}
```
### PV操作的工作流程

1. 请求资源（P操作）：进程调用P操作尝试获取资源。如果信号量的值大于0，表示资源可用，信号量值减1，进程继续执行。如果信号量的值小于或等于0，表示资源不可用，进程被阻塞并加入等待队列。
2. 释放资源（V操作）：进程调用V操作释放资源。信号量的值加1。如果信号量的值小于或等于0，表示有进程在等待资源，从等待队列中唤醒一个进程。

### PV操作的应用

PV操作广泛应用于解决经典同步问题，如：

1. 生产者-消费者问题：通过信号量控制生产者和消费者对缓冲区的访问，避免缓冲区溢出和空转。
2. 读者-写者问题：通过信号量实现读者和写者对共享资源的协调，确保数据一致性和并发性。
3. 哲学家进餐问题：通过信号量控制哲学家对叉子的访问，避免死锁和资源争用。

## PV操作举例：同步模型

同步模型中的PV操作常见应用场景：生产者-消费者问题：

> 一个工厂有多个生产者和多个消费者。生产者将生产的物品放入共享的缓冲区（如仓库），消费者从缓冲区取出物品进行加工。为了防止缓冲区溢出（生产者生产速度过快）或空转（消费者消费速度过快），需要使用PV操作进行同步。

PV操作在此场景中的作用：

- P操作（wait, Proberen）：在生产者尝试向缓冲区放入物品之前，执行P操作检查缓冲区是否有空闲空间（empty信号量），如果没有空闲空间，生产者将被阻塞，等待消费者取走物品释放空间。
- V操作（signal, Verhogen）：在消费者取出物品后，执行V操作通知缓冲区有空闲空间了（empty信号量），从而允许被阻塞的生产者继续生产并放入物品。

对于生产者来说：
- P(empty)：检查是否有空闲空间，如果没有空闲空间，生产者等待。
- P(mutex)：进入临界区，保证对缓冲区的操作是互斥的。
- 向缓冲区放入物品。
- V(mutex)：离开临界区。
- V(full)：增加缓冲区已满物品的计数，通知消费者有新物品可取。

对于消费者来说：
- P(full)：检查是否有物品可取，如果没有物品，消费者等待。
- P(mutex)：进入临界区，保证对缓冲区的操作是互斥的。
- 从缓冲区取出物品。
- V(mutex)：离开临界区。
- V(empty)：增加缓冲区空闲空间的计数，通知生产者可以放入新物品。

PV操作的作用：

**PV操作在这个场景中确保了生产者和消费者对缓冲区的访问是协调的，防止缓冲区溢出或空转，从而实现同步操作。**

## PV操作距离：异步模型

我们以网络请求处理的过程来讲解PV操作在异步模型中的应用：

> 一个服务器处理多个客户端的网络请求。每个请求被放入一个请求队列中，由多个工作线程异步处理这些请求。为了确保请求队列的访问是安全的，并且工作线程不会在队列空时无谓地忙等待，需要使用PV操作进行同步。

PV操作在此场景中的作用：

- P操作：工作线程在尝试处理请求之前，执行P操作检查请求队列是否为空（requests信号量），如果为空，工作线程将被阻塞，等待新的请求到达。
- V操作：当新的请求到达时，执行V操作通知工作线程有新请求可处理（requests信号量）。

在网络请求中，当客户端请求到达时：

- P(mutex)：进入临界区，保证对请求队列的操作是互斥的。
- 将请求放入队列。
- V(mutex)：离开临界区。
- V(requests)：增加请求队列中请求的计数，通知工作线程有新请求可处理。

实际工作线程处理请求：
- P(requests)：检查请求队列是否有请求，如果没有请求，工作线程等待。
- P(mutex)：进入临界区，保证对请求队列的操作是互斥的。
- 从请求队列中取出请求。
- V(mutex)：离开临界区。
- 处理请求。

PV操作的作用：

**PV操作在这个场景中确保了工作线程对请求队列的访问是安全的，并且避免了队列空时工作线程的忙等待，从而实现异步操作的高效处理。**

## 总结：PV操作
在各种不同的应用模型中，PV操作（信号量操作）在协调进程或线程的行为，保证资源的安全和高效利用方面起着重要作用。以下是PV操作在互斥、同步、异步等常见应用模型中的作用总结：

### 互斥（Mutual Exclusion）
作用：确保多个进程或线程在同一时间段内只能有一个能够访问共享资源，防止资源竞争和数据不一致。

- P操作（wait）：进程在进入临界区前执行P操作，如果信号量为0，进程阻塞，等待信号量大于0。
- V操作（signal）：进程离开临界区后执行V操作，增加信号量的值，通知等待队列中的一个进程可以进入临界区。

应用场景举例：

- 多线程程序访问共享数据结构（如链表、队列、堆栈等）。
- 文件系统中多个进程对同一文件的读写操作。

### 同步（Synchronization）

作用：协调多个进程或线程的执行顺序，确保它们按特定顺序或条件执行，解决生产者-消费者问题等经典同步问题。

- P操作：在生产者向缓冲区放入物品之前，检查是否有空闲空间，若无空闲空间，生产者阻塞等待。
- V操作：在消费者从缓冲区取出物品之后，增加空闲空间的信号量，通知生产者可以继续生产。

应用场景举例：

- 生产者-消费者问题。
- 读者-写者问题，确保读者和写者对共享资源的访问按特定顺序进行。

### 异步（Asynchronous Execution）

作用：处理异步事件和请求，确保事件或请求队列的安全访问，避免忙等待，提高资源利用率。

- P操作：工作线程在处理请求之前，检查请求队列是否为空，若为空，线程阻塞等待新请求。
- V操作：当新请求到达时，通知工作线程有新的请求可处理。

应用场景举例：

- 多线程服务器处理客户端请求。
- 事件驱动的系统，处理异步I/O操作。

### 事件通知（Event Notification）
作用：实现进程或线程之间的事件通知机制，确保在特定事件发生时通知相关进程或线程。

- P操作：进程等待特定事件的发生，信号量为0时阻塞。
- V操作：事件发生后，通知等待队列中的进程。

应用场景举例：

- 多线程GUI应用程序，线程等待用户输入事件。
- 操作系统中进程等待I/O完成事件。

### 资源计数（Resource Counting）
作用：管理和分配有限的资源，确保资源不被超额使用，控制资源的并发访问。

- P操作：进程请求资源，检查资源是否可用，若资源不可用，进程阻塞。
- V操作：进程释放资源，增加资源的信号量，通知等待的进程资源可用。

应用场景举例：

- 数据库连接池管理。
- 多任务操作系统中的设备资源管理。

### 条件同步（Conditional Synchronization）
作用：基于特定条件的同步机制，确保在特定条件满足时进程或线程继续执行。

- P操作：进程等待条件满足，信号量为0时阻塞。
- V操作：条件满足后，通知等待队列中的进程。

应用场景举例：

- 线程池中工作线程等待任务队列中的任务。
- 复杂工作流系统中的任务依赖管理。

### 总结

PV操作主要用于确保多进程或多线程环境下的资源安全、高效利用和执行顺序正确。在这些应用场景中，P操作用于等待和检查条件，而V操作用于通知和释放资源，二者共同协作实现进程或线程间的协调和同步。

软考知识点11：进程调度详解与PV操作

## 简介

在计算机软考中，操作系统、进程和线程是常见的知识点。关于这几个知识点，考察的一般是概念的理解。

> 提示：进程状态的变化过程比较常考。

以下是这些知识点的详细讲解，帮助你更好地应对考试。



## 操作系统

### 定义和功能

- 定义：操作系统（Operating System，OS）是管理计算机硬件和软件资源的系统软件。
- 功能：
    - 进程管理：管理进程的创建、调度、同步和终止。
    - 内存管理：负责内存的分配和回收，内存保护和共享。
    - 文件系统管理：提供文件的创建、删除、读写和权限管理。
    - 设备管理：管理输入输出设备，提供设备驱动程序。
    - 用户接口：提供用户与计算机交互的界面，如命令行接口（CLI）和图形用户界面（GUI）。

### 操作系统结构

- 单体结构（Monolithic OS）：所有功能在一个内核空间中执行，如UNIX。
- 微内核结构（Microkernel OS）：将操作系统功能分成小的模块，核心功能最小化，如MINIX。
- 层次结构：操作系统功能分层设计，每层只与相邻层交互。

### 操作系统的分类

- 批处理系统：一次处理大量任务，不与用户交互。
- 分时系统：多个用户共享系统资源，每个用户都有一个时间片。
- 实时系统：对时间敏感的任务提供及时响应。
- 嵌入式系统：通常是为特定功能或任务设计的计算机系统，嵌入到更大的设备中，如家电、汽车、工业设备和消费电子产品。
- 通用操作系统：设计用于多种用途和应用环境的操作系统。

当前流行的操作系统如 `Windows`、`macOS`、`Linux`、`Android`和`iOS`，它们通常被分类为通用操作系统（`General-Purpose Operating Systems`, `GPOS`）。

## 进程

### 进程的定义

定义：进程是一个程序在执行中的实例，包括程序代码、数据、资源和执行状态。它是操作系统进行资源分配和管理的基本单位。

### 进程的特点
1. 拥有独立的地址空间。
2. 进程之间不能直接共享内存空间，需要通过操作系统提供的机制（如进程间通信IPC）进行数据交换。
3. 每个进程都有自己的资源（如文件句柄、内存）。

### 进程的状态

一般情况下，认为进程的主要状态有三个：
- 就绪状态：进程已准备好执行，等待CPU分配。
- 运行状态：进程正在CPU上执行。
- 等待状态：进程因等待某事件（如I/O操作）而暂停执行。

但有些时候，便于理解进程状态的变化，可以认为另外两个状态：
- 新建状态：进程刚刚被创建，但尚未进入就绪队列。
- 终止状态：进程执行完毕或由于某种原因被操作系统终止，进程的资源被回收。

### 进程状态的变化过程

1. `新建 -> 就绪`：进程创建后，分配必要的资源，进入就绪队列，等待调度。
2. `就绪 -> 运行`：调度器选择一个就绪进程，将其分配到CPU上，进程进入运行状态。
3. `运行 -> 等待`：运行中的进程需要等待某事件（如I/O操作），操作系统将其状态设置为等待，并将CPU分配给其他进程。
4. `等待 -> 就绪`：等待的事件发生后，进程重新进入就绪状态，等待被调度。
5. `运行 -> 就绪`：运行中的进程由于时间片用完或被操作系统中断，进入就绪状态，等待下一个调度周期。
6. `运行 -> 终止`：进程完成执行或被终止，释放资源，进入终止状态。

### 进程拓展

进程控制块（PCB）：

- 作用：存储进程的信息，用于管理和调度进程。
- 内容：进程ID、程序计数器、寄存器内容、内存分配信息、I/O状态信息等。

进程调度策略：先来先服务（FCFS）、最短作业优先（SJF）、优先级调度、时间片轮转（RR）。

进程同步与通信：

- 同步机制：信号量（Semaphore）、互斥锁（Mutex）。
- 通信机制：管道（Pipe）、消息队列、共享内存、套接字（Socket）。

## 线程

### 线程的定义

定义：线程是进程中的一个执行单元，一个进程可以包含多个线程。线程共享进程的资源，但拥有独立的执行路径。

### 线程的特点
- 并发执行：多个线程可以并发执行，提高程序效率。
- 资源共享：同一进程内的线程共享内存和资源，通信开销小。
- 开销较小：相比进程，创建和销毁线程的开销较小。

### 县城拓展

线程模型：

- 用户级线程（User-Level Thread）：由用户程序库实现，系统内核不可见。
- 内核级线程（Kernel-Level Thread）：由操作系统内核支持和管理。

线程调度策略：和进程调度类似，包括先来先服务（FCFS）、最短剩余时间优先（SRTF）、时间片轮转（RR）等。

线程同步工具：与进程同步相同，包括信号量、互斥锁、条件变量（Condition Variable）。

## 进程与线程的关系

- 一个进程可以包含一个或多个线程（单线程进程或多线程进程）。
- 线程是进程的一部分，线程之间的通信比进程之间更高效，因为它们共享同一个进程的地址空间和资源。
- 进程的创建和销毁相对昂贵，而线程的创建和销毁相对轻量。