OS之淺識PV原語操做

1. PV原語經過操做信號量來處理進程間的同步與互斥的問題。其核心就是一段不可分割不可中斷的程序。

        關於信號量，其基本思路是 用一種新的變量類型（semaphore）來記錄當前的可用資源的數量。

        a. semaphore的取值必須大於或等於0. 0表示當前已沒有空閒資源,而正數表示當前空閒資源的數量。

        b. 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。

    2. 信號量是由操做系統來維護的，用戶進程只能經過初始化和兩個標準原語（P、V原語）來訪問。初始化可指定一個非負整數，即空閒資源總數。

    3.    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。操做爲：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（增長）的首字母。爲喚醒原語，負責把一個被阻塞的進程喚醒，它有一個參數表，存放着等待被喚醒的進程信息。操做爲：釋放一個被佔用的資源（把信號量加1），若是發現有被阻塞的進程，則選擇一個喚醒之。

    P原語操做的動做是：    

        (1)sem減1；    

        (2)若sem減1後仍大於或等於零，則進程繼續執行；    

        (3)若sem減1後小於零，則該進程被阻塞後進入與該信號相對應的隊列中，而後轉進程調度。

    V原語操做的動做是：    

        (1)sem加1；    

        (2)若相加結果大於零，則進程繼續執行；    (

        (3)若相加結果小於或等於零，則從該信號的等待隊列中喚醒一等待進程，而後再返回原進程繼續執行或轉進程調度。

    PV操做對於每個進程來講，都只能進行一次，並且必須成對使用。在PV原語執行期間不容許有中斷的發生。

     4.  具體PV原語對信號量的操做能夠分爲三種狀況：

          1) 把信號量視爲一個加鎖標誌位，實現對一個共享變量的互斥訪問。

            實現過程：

            P(mutex)；   // 設mutex爲互斥信號量 mutex的初始值爲1  訪問該共享數據

            V (mutex);  

            非臨界區

         2) 把信號量視爲是某種類型的共享資源的剩餘個數 實現對一類共享資源的訪問。

            P(resource)；   // resource的初始值爲該資源的個數N 使用該資源；

            V(resource);

            非臨界區

            3) 把信號量做爲進程間的同步工具

                實現過程：

                臨界區C1;

                P(S);

                V(S);

                臨界區C2；

 

附：          ‍   P（S）：①將信號量S的值減1，即S=S-1；
                                  ②若是S>=0，則該進程繼續執行；不然該進程置爲等待狀態，排入等待隊列。
                    V（S）：①將信號量S的值加1，即S=S+1；
                                   ②若是S>0，則該進程繼續執行；不然釋放隊列中第一個等待信號量的進程。

 

            什麼是信號量？信號量（semaphore）的數據結構爲一個值和一個指針，指針指向等待該信號量的下一個進程。信號

量的值與相應資源的使用狀況有關。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。注意，信號量的值僅能由PV操做來改變。
    

             通常來講，信號量S>=0時，S表示可用資源的數量。執行一次P操做意味着請求分配一個單位資源，所以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操做意味着釋放一個單位資源，所以S的值加1；若S£0，表示有某些進程正在等待該資源，所以要喚醒一個等待狀態的進程，使之運行下去。

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例1：桌子上有一個水果盤，每一次能夠往裏面放入一個水果。爸爸專向盤子中放蘋果，兒子專等吃盤子中的蘋果。把爸爸、兒子看做二個進程，試用P、V操做使這兩個進程能正確地併發執行。

    分析：爸爸和兒子兩個進程相互制約，爸爸進程執行完即往盤中放入蘋果後，兒子進程才能執行即吃蘋果。所以該問題爲進程間的同步問題。

 解：

semaphore  S_PlateNum;  // 盤子容量，初值爲1

semaphore  S_AppleNum;  // 蘋果數量，初值爲0

void  father( )  // 父親進程 {

    while(1){        

        P(S_PlateNum);

        往盤子中放入一個蘋果;

        V(S_AppleNum);

    }

  }

void  son( )   // 兒子進程 {

    while(1){        

        P(S_AppleNum);

        從盤中取出蘋果;

        V(S_PlateNum);

        吃蘋果；

    } 

}

---其餘:

  1.    pv原語操做詳解

  2.    信號量與PV原語操做