OS之浅识PV原语操作

摘要: pv原语 信号量机制

PV原语通过操作信号量来处理进程间的同步与互斥的问题。其核心就是一段不可分割不可中断的程序。

关于信号量，其基本思路是 用一种新的变量类型（semaphore）来记录当前的可用资源的数量。

a. semaphore的取值必须大于或等于0. 0表示当前已没有空闲资源,而正数表示当前空闲资源的数量。

b. semaphore的取值可正可负， 负数的绝对值表示正在等待进入临界区的进程个数。

2. 信号量是由操作系统来维护的，用户进程只能通过初始化和两个标准原语（P、V原语）来访问。初始化可指定一个非负整数，即空闲资源总数。

3. P原语：P是荷兰语Proberen（测试）的首字母。为阻塞原语，负责把当前进程由运行状态转换为阻塞状态，直到另外一个进程唤醒它。操作为：申请一个空闲资源（把信号量减1），若成功，则退出；若失败，则该进程被阻塞；

V原语：V是荷兰语Verhogen（增加）的首字母。为唤醒原语，负责把一个被阻塞的进程唤醒，它有一个参数表，存放着等待被唤醒的进程信息。操作为：释放一个被占用的资源（把信号量加1），如果发现有被阻塞的进程，则选择一个唤醒之。

P原语操作的动作是：

(1)sem减1；

(2)若sem减1后仍大于或等于零，则进程继续执行；

(3)若sem减1后小于零，则该进程被阻塞后进入与该信号相对应的队列中，然后转进程调度。

V原语操作的动作是：

(1)sem加1；

(2)若相加结果大于零，则进程继续执行； (

(3)若相加结果小于或等于零，则从该信号的等待队列中唤醒一等待进程，然后再返回原进程继续执行或转进程调度。

PV操作对于每一个进程来说，都只能进行一次，而且必须成对使用。在PV原语执行期间不允许有中断的发生。

4. 具体PV原语对信号量的操作可以分为三种情况：

1) 把信号量视为一个加锁标志位，实现对一个共享变量的互斥访问。

实现过程：

P(mutex)； // 设mutex为互斥信号量 mutex的初始值为1 访问该共享数据

V (mutex);

非临界区

2) 把信号量视为是某种类型的共享资源的剩余个数 实现对一类共享资源的访问。

P(resource)； // resource的初始值为该资源的个数N 使用该资源；

V(resource);

非临界区

3) 把信号量作为进程间的同步工具

实现过程：

临界区C1;

P(S);

V(S);

临界区C2；

附： ‍ 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，排入等待队列。
V（S）：①将信号量S的值加1，即S=S+1；
②如果S>0，则该进程继续执行；否则释放队列中第一个等待信号量的进程。

什么是信号量？信号量（semaphore）的数据结构为一个值和一个指针，指针指向等待该信号量的下一个进程。信号

量的值与相应资源的使用情况有关。当它的值大于0时，表示当前可用资源的数量；当它的值小于0时，其绝对值表示等待使用该资

源的进程个数。注意，信号量的值仅能由PV操作来改变。

一般来说，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单位资源，因此S的值减1；当S<0时，表示已经没有可用资源，请求者必须等待别的进程释放该类资源，它才能运行下去。而执行一个V操作意味着释放一个单位资源，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。

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例1：桌子上有一个水果盘，每一次可以往里面放入一个水果。爸爸专向盘子中放苹果，儿子专等吃盘子中的苹果。把爸爸、儿子看作二个进程，试用P、V操作使这两个进程能正确地并发执行。

分析：爸爸和儿子两个进程相互制约，爸爸进程执行完即往盘中放入苹果后，儿子进程才能执行即吃苹果。因此该问题为进程间的同步问题。

解：

semaphore S_PlateNum; // 盘子容量，初值为1

semaphore S_AppleNum; // 苹果数量，初值为0

void father( ) // 父亲进程 {

while(1){

P(S_PlateNum);

往盘子中放入一个苹果;

V(S_AppleNum);

}

}

void son( ) // 儿子进程 {

while(1){

P(S_AppleNum);

从盘中取出苹果;

V(S_PlateNum);

吃苹果；

}

}

---其他:

1. pv原语操作详解

2. 信号量与PV原语操作