操作系統P,V(wait,signal原語)操作講解，以及兩個例題(答案僅供參考)

操作系統的pv操作是很核心的概念。

臨界區 : 我們把併發進程中與共享變量有關的程序段稱爲臨界區。

信號量 : 信號量的值與相應資源的使用情況有關。當它的值大於0時，表示當前可用資源的數量；當它的值小於0時，其絕對值表示等待使用該資源的進程個數。

進程的互斥:是指當有若干個進程都要使用某一共享資源時，任何時刻最多隻允許一個進程去使用該資源，其他要使用它的進程必須等待，直到該資源的佔用着釋放了該資源。
進程的同步:是指在併發進程之間存在這一種制約關係，一個進程依賴另一個進程的消息，當一個進程沒有得到另一個進程的消息時應等待，直到消息到達才被喚醒。

pv操作又稱wait,signal原語。
主要是操作進程中對進程控制的信息量的加減控制。

wait用法：
wait(num),num是目標參數，wait的作用是使其（信息量）減一。
如果信息量>=0，則該進程繼續執行；否則該進程置爲等待狀態，排入等待隊列。
signal用法：
signal(num),num是目標參數，signal的作用是使其（信息量）加一。
如果信息量>0，則該進程繼續執行；否則釋放隊列中第一個等待信號量的進程。
————————————————
版權聲明：本文爲CSDN博主「緣之妙不可言」的原創文章，遵循CC 4.0 BY-SA版權協議，轉載請附上原文出處鏈接及本聲明。
原文鏈接：https://blog.csdn.net/thebestway/article/details/105034840

進程的同步、互斥以及PV原語

在處理進程間的同步與互斥問題時，我們離不開信號量和PV原語，使用這兩個工具的目的在於打造一段不可分割不可中斷的程序。應當注意的是，信號量和PV原語是解決進程間同步與互斥問題的一種機制，但並不是唯一的機制。

信號量：

信號量的概念1965年由著名的荷蘭計算機科學家 Edsger Wybe Dijkstra 艾茲格·迪科斯徹提出。

其核心思想是用一種新的變量類型（Semaphore）來記錄可用資源的數量。有兩種實現方式：

1、Semaphore的取值必須大於或等於0。0表示當前已經沒有空閒資源，而正數表示當前空閒資源的數量；

2、Semaphore的取值可正可負，負數的絕對值表示正在等待進入臨界區的進程個數；

信號量是一個二元組（S，Q）。S是一個具有非負初值的整型變量，Q是一個初始狀態爲空的隊列。

PV原語

P原語：P是荷蘭語Proberen（測試）的首字母。爲阻塞原語，負責把當前進程由運行狀態轉換爲阻塞狀態，直到另一個進程喚醒它。具體操作爲：申請一個空閒資源（把信號量減1），若成功，則退出；若失敗，則該進程被阻塞。

V原語：V是荷蘭語Verhogen（增加）的首字母。爲喚醒原語，負責把一個被阻塞的進程喚醒，他有一個參數表，存放着等待被喚醒的進程信息。具體操作爲：釋放一個被佔用的資源（把信號量加1），如果發現有被阻塞的進程，則選擇一個喚醒。

表示方法

P(S)：表示將信號量S的值減一，即S=S-1；如果S>=0，則該進程繼續執行，否則該進程置爲等待狀態，排入等待隊列（隊列Q）。

V(S)：表示將信號量S的值加一，即S=S+1；如果S>0，則該進程繼續執行，否則釋放隊列（Q）中第一個等待信號量的進程。

PV操作對於每一個進程來說，都只能進行一次，而且必須成對使用。在PV原語執行期間不允許有中斷的發生。

實現互斥模型

在互斥模型中，多個進程對可用資源進行爭用，使用信號量S表示可用資源的數量。一般來說，信號量S>=0時，S表示可用資源的數量。執行一次P操作意味着請求分配一個單位資源，因此S的值減1；當S<0時，表示已經沒有可用資源，請求者必須等待別的進程釋放該類資源，它才能運行下去。而執行一個V操作意味着釋放一個單位資源，因此S的值加1；若S<=0，表示有某些進程正在等待該資源，因此要喚醒一個等待狀態的進程，使之運行下去。

進程互斥是進程之間發生的一種間接性作用，一般是程序不希望的。

如下表所示，我們使用S=1做爲初值，表示當前系統資源只有一個，多個進程需要輪流使用這個資源。

在互斥模型的問題中，關鍵的問題在於使用PV操作來保證有限的系統資源被正常的使用和釋放，而不是多人爭搶誰都搶不到，或者某人獨佔而不釋放的情況。有點類似於北京現在的搖號制度，實際上資源就是兩萬個號牌，每個申請的人都執行了一次P操作，表示自己想要使用資源，在搖號結果出來之前沒有資源可用，大家都進入Q隊列等候，放號之時，獲得資格的用戶執行V操作，釋放一個等待位置，其他人可以進入下一次的排號等候隊列。

實現同步模型

所謂同步，是指多個相互合作的進程，在一些關鍵點上可能需要相互等待或相互交換信息，這種互相制約的關係稱爲進程同步。例如系統中有兩個合作的進程，他們共用一個單緩衝區。這兩個進程一個是計算進程，負責對數據進行計算；另一個爲打印進程，負責對計算結果進行打印。當計算進程沒有計算完畢，計算結果沒有送到緩衝區的時候，打印進程就不能打印。一旦計算進程把計算結果送入緩衝區，就應該給打印進程發送一個信號，打印進程收到信號後就可以從緩衝區中取出計算結果進行打印。

之前我在想這個同步模型的時候，考慮可以使用定時輪詢的方式，計算進程定時查詢緩衝區，可用即開始寫入；打印進程定時查詢緩衝區，有內容即開始打印。但是這種沒有相互合作溝通的方式，非常容易出現問題，比如計算進程內容還沒有寫完，打印進程就開始讀取打印，造成分頁的不正確或者數據的不完整。實際上，一般我們都會有多個計算進程，這種情況下就會同時存在資源爭用的問題。

進程同步是進程之間直接的相互作用，是合做進程間有意識的行爲。與互斥模型不同，進程同步時的信號量只與制約進程、被制約進程有關而不是與所有的同類併發進程有關，所以同步模型中的信號量爲私有信號量。

生產者-消費者模型是同步模型的典型代表，其也存在多種情況，分別敘述如下：

1、一個生產者，一個消費者，共用一個緩衝區。

定義兩個同步信號量，生產者需要一個EMPTY信號量來判斷當前是否能夠寫入，設置初值爲1，消費者需要一個FULL信號量，來判斷當前是否能夠讀取，設置初值爲0。