PV原语实现进程的互斥和同步
计算机操作系统pv操作
计算机操作系统pv操作1、引言1.1 定义PV操作，全称为P操作（原语操作）和V操作（原语操作），是计算机操作系统中用于实现进程间同步和互斥的重要机制之一。
P 操作用于请求访问临界资源，V操作用于释放临界资源。
1.2 目的本文档旨在提供关于计算机操作系统中PV操作的详细说明，进一步理解PV操作的概念、原理和使用方法，以及相关注意事项和最佳实践。
2、PV操作概述2.1 P操作P操作（Proberen操作）用于请求访问临界资源。
如果临界资源当前已被占用，则进程将被阻塞等待，直到获得资源访问权限。
2.2 V操作V操作（Verhogen操作）用于释放临界资源。
当进程完成对临界资源的访问后，应该及时释放资源，以便其他进程能够获得访问权限。
3、PV操作实现方式3.1 二进制信号量使用二进制信号量实现PV操作是最常见的方式之一。
二进制信号量只能取0或1两种值，用于表示资源的占用状态。
3.2 计数信号量计数信号量可以取多个非负整数值，用于表示资源的可用数量。
进程在请求资源时，如果信号量的值大于0，则减1并继续执行；若信号量值为0，则进程被阻塞等待。
3.3 互斥锁互斥锁是一种特殊的PV操作实现方式，用于实现进程对临界资源的互斥访问。
进程在访问临界资源前，需先获得互斥锁的所有权；在访问完成后，应释放互斥锁。
4、PV操作的应用场景4.1 进程同步PV操作常用于实现进程之间的同步，确保共享资源的安全访问。
通过P操作和V操作的配对使用，可以实现进程的有序执行。
4.2 进程互斥PV操作也可用于实现进程之间的互斥访问，即确保同一时间只有一个进程可以访问共享资源。
使用互斥锁实现的PV操作能够有效避免资源竞争问题。
5、PV操作的注意事项5.1 死锁使用PV操作时，必须避免出现死锁的情况。
死锁是指系统中的多个进程互相等待对方所占有的资源，导致所有进程无法继续执行的情况。
5.2 优先级关系在使用PV操作时，进程的优先级关系可能会对同步和互斥的实现产生影响。
pv操作例题详细解释
pv操作例题详细解释摘要：一、前言二、PV操作的定义和基本概念1.进程和线程2.同步和互斥3.PV操作的定义三、PV操作的实现和应用1.信号量机制2.PV操作的实现3.PV操作在实际应用中的例子四、PV操作的注意事项1.避免死锁2.合理设置超时时间3.使用PV操作的局限性五、总结正文：一、前言PV操作是操作系统中进程同步和互斥的一种常用手段，通过对进程的执行进行控制，确保系统资源得到高效利用。
本文将详细解释PV操作的原理、实现和应用，并给出在使用PV操作时需要注意的事项。
二、PV操作的定义和基本概念1.进程和线程进程是计算机中程序执行的基本单位，是资源分配的独立单位。
线程是进程内部的一个执行流程，是调度的基本单位。
一个进程可以包含多个线程，线程之间共享进程的资源。
2.同步和互斥同步是指多个进程或线程在执行过程中，需要相互配合，使得它们能够顺序、有序地执行。
互斥是指在同一时间，只允许一个进程或线程访问某个共享资源。
3.PV操作的定义PV操作，即P操作（wait）和V操作（signal），是一种基于信号量的同步和互斥机制。
P操作会使得信号量值减一，如果信号量值为零，则进程或线程会进入等待状态；V操作会使得信号量值加一，如果有进程或线程在等待，则唤醒其中一个。
三、PV操作的实现和应用1.信号量机制信号量是操作系统中用于表示资源数量或状态的变量。
信号量有两种类型：二进制信号量（只有0和1两个值，用于实现互斥锁）和计数信号量（可以有大于1的值，用于表示可重入锁）。
2.PV操作的实现P操作可以通过执行wait函数实现，V操作可以通过执行signal函数实现。
wait函数会使信号量值减一，如果信号量值为零，则阻塞调用进程或线程；signal函数会使信号量值加一，如果有进程或线程在阻塞状态，则唤醒其中一个。
3.PV操作在实际应用中的例子PV操作在实际应用中广泛用于实现各种同步和互斥机制，例如生产者-消费者问题、互斥锁、条件变量等。
操作系统-PV操作
未来研究方向和挑战
01
随着云计算、大数据和人工智能等技术的快速发展，操作系统中的并发和并行 处理需求越来越高，PV操作在解决并发和并行处理中的问题也面临着新的挑战 。
02
未来的研究需要进一步探索PV操作在新型计算环境中的应用，例如在分布式系 统、物联网、边缘计算等领域中，PV操作的应用和优化具有重要的研究价值。
详细描述
生产者消费者问题描述了一个共享缓冲区的场景，其中生产者产生数据放入缓冲区，消费者从缓冲区取出数据进 行处理。为了防止缓冲区溢出和数据饥饿，需要使用PV操作来控制对缓冲区的访问。
读者写者问题
总结词
读者写者问题是生产者消费者问题的 变种，主要解决多个读者共享数据和 单个写者修改数据时的同步问题。
03
同时，随着系统规模的扩大和复杂度的增加，PV操作的管理和维护也变得越来 越困难，如何有效地管理和维护PV操作也是未来的重要研究方向之一。
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操作系统-pv操作
目 录
• 引言 • PV操作原理 • PV操作实现 • PV操作的应用 • 总结与展望
01 引言
操作系统简介
操作系统是计算机系统的核心软件， 负责管理计算机硬件和应用程序的资 源分配、调度和监控。
操作系统的主要功能包括进程管理、 内存管理、文件管理和设备管理。
PV操作的基本概念
饥饿问题
饥饿问题是当一个或多个进程长期得不到足够的资源，导致其无法正常执行的情况。为避免饥饿问题 ，可以采用一些调度算法，如先来先服务、最短作业优先等，确保每个进程都能获得足够的资源。
04 PV操作的应用
生产者消费者问题
总结词
生产者消费者问题是操作系统中经典的并发循环执行
pv操作题目 软考
PV操作在软考中的深入探讨1. 基本概念PV操作是用于进程同步的两种基本操作。
P操作通常表示为一个进程需要一个资源，而V操作表示释放一个资源。
这两种操作通常用于实现进程间的同步和互斥。
2. PV操作原理PV操作基于信号量机制。
信号量是一个整数值，通常用于表示资源的数量。
P操作会尝试获取资源，减少信号量的值；而V操作会释放资源，增加信号量的值。
如果P操作不能立即获得资源（即信号量为0），则该进程会被阻塞或等待，直到资源可用。
3. PV操作在进程同步中的应用PV操作在进程同步中有着广泛的应用。
例如，在生产者-消费者问题中，生产者用于生成数据，消费者用于消费数据。
通过PV操作，可以确保生产者在没有数据被消费之前不会继续生产，同时确保消费者在没有数据可供消费时不会继续消费。
4. PV操作和互斥量互斥量是一种特殊的信号量，其值只能为0和1。
当一个进程获得互斥量时，其他任何进程都无法获得该互斥量，直到第一个进程释放它。
这使得互斥量可以用于保护某些临界区域，以实现互斥访问。
PV操作和互斥量通常一起使用，以实现更复杂的同步问题。
5. PV操作的编程实现在大多数编程语言中，PV操作可以通过系统调用或库函数实现。
例如，在UNIX系统中，可以使用semop函数进行PV操作。
在实现PV操作时，需要注意避免死锁和饥饿等问题。
6. PV操作的复杂度分析PV操作的复杂度取决于所使用的算法和数据结构。
在一些算法中，例如二叉堆或斐波那契堆，PV操作的平均时间复杂度可以达到O(1)。
然而，在最坏的情况下，PV操作的复杂度可能会达到O(n)，其中n是信号量的值。
7. PV操作与信号量信号量是一种同步机制，用于控制多个进程对共享资源的访问。
PV操作是信号量机制中的基本操作，通过它们可以实现对共享资源的互斥访问和同步。
信号量通常用于保护临界区、实现进程间的同步和互斥等。
8. PV操作与死锁预防死锁是操作系统中的一个重要问题，它发生在两个或多个进程无限期地等待对方释放资源的情况。
pv操作
用信号量机制来解决进程的同步与互斥：PV操作首先确定进程间的关系，然后确定信号量及其值。
判断进程间是否互斥的关键：看进程间是否共享某一公有资源，一个公有资源与一个信号量相对应。
确定信号量的值是一个关键点，它代表了可用资源实体数。
举例：票大厅容纳的人数限制为20人，少于20人时购票者可以进入，否则要在厅外等候。
进程间是同步时：是否存在合作关系，是否需要互通消息首先判断进程间的关系为同步的，且为各并发进程设置私有信号量，然后为私有信号量赋初值，最后利用PV原语和私有信号量规定各进程的执行顺序。
举例：公交车上司机与售票员的行为，司机到站停车后，售票员方可开门，售票员关门后，司机方可开车。
例1生产围棋的工人不小心把相等数量的黑子和白子混装载一个箱子里，现要用自动分拣系统把黑子和白子分开，该系统由两个并发执行的进程组成，功能如下：（1）进程A专门拣黑子，进程B专门拣白子；（2）每个进程每次只拣一个子，当一个进程在拣子时不允许另一个进程去拣子；分析：第一步：确定进程间的关系。
由功能（2）可知进程之间是互斥的关系。
第二步：确定信号量及其值。
由于进程A和进程B要互斥进入箱子去拣棋子，箱子是两个进程的公有资源，所以设置一个信号量s，其值取决于公有资源的数目，由于箱子只有一个，s的初值就设为1。
实现：begins:semaphore;s:=1;cobeginprocess AbeginL1: P(s);拣黑子；V(s);goto L1;end;process BbeginL2:P(s);拣白子；V(s);goto L2;end;coend;end;例2某车站售票厅，任何时刻最多可容纳20名购票者进入，当售票厅中少于20名购票者时，厅外的购票者可立即进入，否则需要在外面等待。
每个购票者可看成一个进程。
分析：第一步：确定进程间的关系。
售票厅是各进程共享的公有资源，当售票厅中多于20名购票者时，厅外的购票者需要在外面等待。
用PV操作实现进程同步的示例
void PROCESS R(void) { int x; while(TRUE) { 从输入设备上读一个整数到x； 从输入设备上读一个整数到 ； P(empty); B=x; if(x%2==1) V(SW1); else V(SW2); } }
11
void PROCESS SW1(void) { int y; while(TRUE) { P(SW1); y=B; V(empty); 打印y中的数 中的数； 打印 中的数； } } void PROCESS SW2(void) { int z; while(TRUE) { P(SW2); z=B; V(empty); 打印z中的数 中的数； 打印 中的数； } }
3
正确解决方法：设置同步信号量 ， 正确解决方法：设置同步信号量S1，表示开始时缓 冲区中没有数据可供进程B读的整数 初值为0； 读的整数， 冲区中没有数据可供进程 读的整数，初值为 ；设 置同步信号量S2，表示开始时缓冲区中有n个空位 置同步信号量 ，表示开始时缓冲区中有 个空位 置可供进程A送 个整数 初值为n。 个整数， 置可供进程 送n个整数，初值为 。
9
解答：
个同步信号量： 设3个同步信号量： 个同步信号量 是进程R的私有信号量 ①empy是进程 的私有信号量，初值为 ，表示 是进程 的私有信号量，初值为1， 开始时进程R可向缓冲器 中送一整数； 可向缓冲器B中送一整数 开始时进程 可向缓冲器 中送一整数； 是进程W1的私有信号量 初值为0， 的私有信号量， ②SW1是进程 的私有信号量，初值为 ，表示 是进程 开始时缓冲器B中无奇数可供进程 取； 中无奇数可供进程W1取 开始时缓冲器 中无奇数可供进程 是进程W2的私有信号量 初值为0， 的私有信号量， ③ SW2是进程 的私有信号量，初值为 ，表示 是进程 开始时缓冲器B中无偶数可供进程 取； 中无偶数可供进程W2取 开始时缓冲器 中无偶数可供进程 3个进程的同步并发程序如下： 个进程的同步并发程序如下： 个进程的同步并发程序如下 struct semaphore empty,SW1,SW2=1,0,0; int B; cobegin
用信号量机制来解决进程的同步与互斥：PV操作
用信号量机制来解决进程的同步与互斥：PV操作首先确定进程间的关系，然后确定信号量及其值。
判断进程间是否互斥的关键：看进程间是否共享某一公有资源，一个公有资源与一个信号量相对应。
确定信号量的值是一个关键点，它代表了可用资源实体数。
举例：票大厅容纳的人数限制为20人，少于20人时购票者可以进入，否则要在厅外等候。
进程间是同步时：是否存在合作关系，是否需要互通消息首先判断进程间的关系为同步的，且为各并发进程设置私有信号量，然后为私有信号量赋初值，最后利用PV原语和私有信号量规定各进程的执行顺序。
举例：公交车上司机与售票员的行为，司机到站停车后，售票员方可开门，售票员关门后，司机方可开车。
进程同步应用示例讲解：1桌上有一个盘子，可以存放一个水果。
父亲总是把苹果放在盘子中，母亲总是把香蕉放在盘子中；一个儿子专等吃盘中的香蕉，一个女儿专等吃盘中的苹果。
1）系统要设几个进程来完成这个任务？各自的工作是什么？2）这些进程间有什么样的相互制约关系?3）用P，V操作写出这些进程的同步算法(注：标明信号量的含义)。
1）需要四个进程进程描述：Father：父亲放置苹果的进程；Mother：母亲放置香蕉的进程；Son：儿子吃香蕉的进程；Daughter：女儿吃苹果的进程。
分析：四人公用一个盘子；盘子每次只能放一个水果，当盘子为空时，父母均可尝试放水果，但一次只能有一人成功；盘中是香蕉，儿子吃，女儿等；盘中是苹果，女儿吃，儿子等。
2）进程之间既有互斥又有同步关系。
Father进程和Mother进程要互斥的向盘中放水果，应设置一互斥信号量dish，初值为1，表示盘子为空；Father进程要设置同步信号量apple，用于给Daughter进程传送消息，初值为0，表示还没有消息产生，即没有放苹果；相应Daughter进程也要向父、母进程传送盘子为空的消息。
Mother进程要设置同步信号量banana，用于给Son进程传送消息，初值为0，表示还没有消息产生，即没有放香蕉。
操作系统-PV原语
P(sem)的意思是sem-=1; 如果此时sem>=0，说明本次资源请求可以满足，p操作可以返回，执行该进程下面的语句；如果此时sem<0，说明本次资源请求不能满足，进入等待队列，然后转进程调度执行其他进程。
V(sem)的意思是sem+=1；如果此时sem>0，说明没有其他进程在等待该资源，v操作可以返回；如果sem<=0，说明未加1前sem<0，即有其他进程在等待这个刚刚释放的资源，于激活等待队列里一个等待该资源的进程，然后v操作也返回。
Sem>=0时表示剩余资源的数量，Sem<0时表示等待该资源的进程的个数。
注意信号量只能放在P或V操作中，用于加减或其他操作都是错误的，另外对同一信号量，P、V操作次数要相等。
1．p1—p6是并发进程，关系如图完整C语言代码信号量fi表示Pi已完成，初始值都是0（表示均未完成）Semaphore f1=0, f2=0,f3=0,f4=0,f5=0,f6=0;main(){cobeginp1();p2();p3();p4();p5();p6();coend}P1(){其他语句;V(f1);}P2(){P(f1);其他语句; V(f1);V(f2);}P3(){P(f1);其他语句; V(f1);V(f3);}P4(){P(f2);其他语句; V(f2);V(f4);}P5(){P(f2);其他语句; V(f2);V(f5);}P6(){P(f3);P(f4);P(f5);其他语句; V(f3);V(f4);V(f5);V(f6);}本题写的是完整代码，多数情况下只需要写过程，过程多数属于循环动作，采用死循环。
P、V操作主要用于互斥和同步。
互斥属于间接制约，受资源数量限制；同步属于直接制约，用于控制各过程的前后次序。
2. 生产者-消费者问题一个生产者和一个消费者之间只有同步关系，多个生产者之间还需要用到互斥，多个消费者之间也需要用到互斥代码如下存在空单元才可以生产（有地方存），存在满单元才可以消费（有库存取）。
操作系统-PV原语
完整C语言代码 信号量fi表示Pi已完成，初始值都是0（表示均未完成） Semaphore f1=0, f2=0,f3=0,f4=0,f5=0,f6=0; main() { cobegin p1(); p2(); p3(); p4(); p5(); p6();
coend } P1() { 其他语句; V(f1); }
if (i mod 2==0) then begin p(stick[i]) //拿左边筷子 p(stick[(i+1)%5]) //拿右边筷子
end else
begin p(stick[(i+1)%5]) //拿右边筷子
p(stick[i]) //拿左边筷子 end
用餐 V(stick[i]) V(stick[(i+1)%5])
writer():
begin L2: P(db) 写操作 V(db) Goto L2 end
以上代码中，如果一直有人在读，那么写永远没有机会，因此可以增加 一个信号量w，初始值为1，代表允许新读者进入，这样当有人想执行 写时，就不再允许新读者进入，旧读者总有读完离开的时候，这样写就 有机会得到执行。代码如下 reader(): begin L1: P(w) P(mutex) rc=rc+1 if (rc==1) then p(db) v(mutex) v(w) 读操作 P(mutex) rc=rc-1 if (rc==0) then v(db) v(mutex) Goto L1 end
用P,V操作实现进程的同步与互斥
用P，V操作实现进程的同步与互斥摘要：进程的同步与互斥是操作系统中的重要问题。
通过P，V操作可以实现进程的同步与互斥。
本论文从P，V操作的原理入手，详细介绍了P，V操作在进程中的应用，以及它们对进程同步和互斥的作用。
通过本文的阐述，读者可以深入理解操作系统中P，V操作的实现原理及其在进程中的应用。
关键词：P，V操作；进程同步；进程互斥正文：1.引言进程的同步与互斥是操作系统中的重要问题。
同步是指在多进程环境下，控制进程之间相互合作的过程，互斥则是指在同一时间，只允许一个进程访问共享资源的过程。
为了实现进程的同步与互斥，操作系统中通常使用P，V操作。
2.P，V操作原理P，V操作是一种原子操作，它们可以保证在多进程环境下的资源访问的同步和互斥。
P操作用于请求共享资源，如果资源已被其他进程占用，那么当前进程就会被阻塞，等待资源释放；V操作用于释放共享资源，如果有其他进程正在等待该资源，那么就会唤醒其中一个进程继续执行。
3.P，V操作在进程中的应用在进程中，P，V操作主要用于实现进程之间的同步与互斥。
在同步方面，可以通过P操作等待其他进程执行完毕才继续执行；在互斥方面，可以通过P操作占用共享资源，在使用完毕后通过V操作释放资源。
4.P，V操作对进程同步和互斥的作用P，V操作对进程同步和互斥的作用十分重要。
在同步方面，P操作可以协调多个进程的执行顺序，使得它们按照一定的规则执行；在互斥方面，P操作可以保证同一时间只有一个进程占用共享资源，有效避免了资源冲突问题。
5.总结通过P，V操作可以实现进程的同步与互斥。
本文详细介绍了P，V操作的原理及其在进程中的应用，以及它们对进程同步和互斥的作用。
实践证明，P，V操作是一种有效的实现进程同步与互斥的方法。
6. P，V操作的局限性虽然P，V操作能够解决进程同步与互斥问题，但是它们也存在一些局限性。
首先，P，V操作采用了忙等待的方式，需要不断地检测是否可以进行操作，这会占用CPU资源。
操作系统pv操作
引言概述：正文内容：一、概念介绍1.pv操作的定义及由来：pv操作是一种用于进程间同步和互斥的操作，其中p表示“pass”（等待）操作，v表示“vacate”（释放）操作。
它最早由Dijkstra在1965年提出，并被广泛应用于操作系统中的进程间通信。
2.信号量的概念及与pv操作的关系：信号量是一种计数器，用于同步和互斥。
pv操作是通过操作信号量来实现进程间的同步与互斥，其中p操作用于申请资源时的等待，v操作用于释放资源。
3.pv操作的作用：pv操作允许进程进行同步和互斥操作，保证资源的正确访问顺序，避免竞态条件和死锁问题。
二、pv操作的使用场景1.生产者消费者问题：在多线程或多进程环境下，生产者和消费者之间的数据通信和同步是一个常见的问题。
pv操作可以用来同步生产者和消费者的操作，确保生产者和消费者的操作顺序正确。
2.进程间互斥访问共享资源：当多个进程需要同时访问某个共享资源时，需要使用pv操作来进行互斥操作，避免多个进程同时访问导致数据不一致的问题。
3.进程间信号通知：pv操作也可以用于进程间的信号通知，例如一个进程等待某个事件的触发，另一个进程通过v操作来触发该事件。
4.进程管道通信：pv操作也可以用于进程之间通过管道进行通信，通过p操作来等待管道中有数据可读，通过v操作来通知管道中有新数据写入。
5.进程调度和同步：操作系统中的进程调度和同步往往需要使用pv操作来保证进程的正确执行顺序和互斥性。
三、pv操作的实现原理与方法1.pv操作的实现原理：pv操作的实现通常依赖于操作系统中的信号量机制。
当一个进程进行p操作时，它会尝试将指定的信号量值减1，若结果为负，则表示资源不可用，该进程会被阻塞。
当一个进程进行v操作时，它会将指定的信号量值加1，并唤醒一个等待中的进程。
2.pv操作的实现方法：pv操作可以通过系统调用来进行实现，例如在Unixlike系统中，可以使用semop()系统调用来进行pv操作。
pv原语
25
main( ) { cobegin P1( ); P2( ); P3( ); P4( ); P5( ); P6( ); coend }
26
P1( ) { …… V(f1); V(f1); } P2( ) { P(f1); …… V(f2); V(f2); }
P3( ) { P(f1); …… V(f3); }
9
进程同步机制的准则:
①空闲让进：当无进程处于临界区时，必须让一个要求进 入它的临界区的进程立即进入，以提高临界资源的利用率。 ②忙则等待：当已有进程处于临界区时，其他试图进入自 己临界区的进程必须等待，以保证它们互斥地进入临界区。 ③让权等待：对于等待进入临界区的进程而言，它必须立 即释放处理机，以避免进程"忙等"而降低CPU的效率。 ④有限等待：对要求进入临界区的进程，应在有限时间内 进入，以免陷入"死等"。
P4( ) { P(f2); …… V(f4); }
27
P1
P2
P3
P4
P5
P6
28
P5( ) { P(f2); …… V(f5); }
P6( ) { P(f3); P(f4) P(f5); …… }
29
练习：下图是6个进程的前趋图。用P、V操作实现进 程的同步
P2 P1
P5
P4
P3
P6
30
11
3.2 进程同步与互斥
进程同步实例1：典型的同步例子是公共汽车上司机 与售票员的合作：
只有当售票员关门之后司机才能启动车辆，只有司机 停车之后售票员才能开车门。 司机和售票员的行动需要一定的协调。同样地，两个 进程之间有时也有这样的依赖关系，因此我们也要有一定
PV原语实现进程的互斥和同步
进程的互斥和同步进程同步：主要源于进程合作，是进程间共同完成一项任务时直接发生相互作用的关系。
为进程之间的直接制约关系。
在多道环境下，这种进程间在执行次序上的协调是必不可少的。
如：相互合作的两个进程之间需要在某些确定点协调它们的工作，一个进程到达了该点后，除非另一进程已经完成了某些操作，否则就不得不停下来，等待这些操作的完成。
这就是进程间的同步。
进程互斥：主要源于资源共享，是进程之间的间接制约关系。
在多道系统中，两个进程由于不能同时使用同一临界资源，只能在一个进程使用完了，另一进程才能使用，这种现象称为进程间的互斥。
同步的主要特征是：一个进程在某一点上等待另一进程提供信息，两进程之间存在直接制约关系，其表现形式为进程—进程。
互斥的主要特征是争用资源，两进程间存在间接制约关系，其表现形式是进程—资源—进程设备同步：概括来讲，就是有两个数据源，最初它们的数据都是一样的。
若一个数据源的数据经过添加、修改、删除等操作发生了改变，那么为了使两个数据源的数据保持一致，即让一个数据源数据的改变反映到另一个上，就必须进行一个让两个数据源的数据保持一致的操作，这个操作就叫“同步”。
同步操作结束之后，两个设备上的数据就完全一致了，处于“同步”状态。
进程同步是进程之间直接的相互作用，是合作进程间有意识的行为。
典型的例子是公共汽车上司机与售票员的合作。
只有当售票员关门之后司机才能启动车辆，只有司机停车之后售票员才能开车门。
司机和售票员的行动需要一定的协调。
同样地，两个进程之间有时也有这样的依赖关系，因此我们也要有一定的同步机制保证它们的执行次序。
信号量是最早出现的用来解决进程同步与互斥问题的机制，包括一个称为信号量的变量及对它进行的两个原语操作。
每个信号量至少须记录两个信息：信号量的值和等待该信号量的进程队列。
对一个信号量变量可以进行两种原语操作：p操作和v操作。
p操作和v操作是不可中断的程序段，称为原语。
如果将信号量看作共享变量，则pv 操作为其临界区，多个进程不能同时执行。
进程的同步、互斥以及PV原语
进程的同步、互斥以及PV原语在处理进程间的同步与互斥问题时，我们离不开信号量和PV原语，使⽤这两个⼯具的⽬的在于打造⼀段不可分割不可中断的程序。
应当注意的是，信号量和PV 原语是解决进程间同步与互斥问题的⼀种机制，但并不是唯⼀的机制。
信号量：信号量的概念1965年由著名的荷兰计算机科学家 Edsger Wybe Dijkstra 艾兹格·迪科斯彻提出。
其核⼼思想是⽤⼀种新的变量类型（Semaphore）来记录可⽤资源的数量。
有两种实现⽅式：1、Semaphore的取值必须⼤于或等于0。
0表⽰当前已经没有空闲资源，⽽正数表⽰当前空闲资源的数量；2、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；信号量是⼀个⼆元组（S，Q）。
S是⼀个具有⾮负初值的整型变量，Q是⼀个初始状态为空的队列。
PV原语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，直到另⼀个进程唤醒它。
具体操作为：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，他有⼀个参数表，存放着等待被唤醒的进程信息。
具体操作为：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。
表⽰⽅法P(S)：表⽰将信号量S的值减⼀，即S=S-1；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（队列Q）。
V(S)：表⽰将信号量S的值加⼀，即S=S+1；如果S>0，则该进程继续执⾏，否则释放队列（Q）中第⼀个等待信号量的进程。
实现互斥模型在互斥模型中，多个进程对可⽤资源进⾏争⽤，使⽤信号量S表⽰可⽤资源的数量。
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。
windows多线程（九）PV原语分析同步问题
windows多线程（九）PV原语分析同步问题⼀、PV原语介绍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。
信号量的概念1965年由著名的荷兰计算机科学家Dijkstra提出，其基本思路是⽤⼀种新的变量类型（semaphore）来记录当前可⽤资源的数量。
有两种实现⽅式：1）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；2）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。
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。
⼆、PV原语原理PV操作由P操作原语和V操作原语组成（原语也叫原⼦操作Atomic Operation，是不可中断的过程），对信号量（注意不要和Windows中的信号量机制相混淆）进⾏操作，具体定义如下：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。
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(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。
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。
实现过程如下：P(mutex); // 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。
实现过程如下：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()。
用PV操作原语实现进程的同步
本 栏 目 责 任 编 辑 ：谢 媛 媛
用 ＰＶ 操作原语实现进程的同步
陈小芳 （ 安徽亳州广播电视大学， 安徽 亳州 ２３６８００）
摘要： 首先建立“进程”的概念， 理解进程的动态性以及进程间的相互作用— ——互斥与同步， 接着分析了“互斥”与“同步”在概念上的差 异， 重点介绍多道程序系统中的同步互斥机制— ——ＰＶ 操作原语， 详细讨论了生产者－ 消费者典型问题， 从而总结出 ＰＶ 操作应用的方法。
信号量 ｆｕｌｌ— ——标识放有产品的缓冲区数， 其初值为 ０。
那么对缓冲区的生产者进程和消费者进程的同步关系用下
述方式实现：
对于生产者， 其操作为：
ｗｈｉｌｅ（ｔｒｕｅ）
｛Ｐ（ ｅｍｐｔｙ） ；
送产品；
Ｖ（ ｆｕｌｌ） ； ｝
对于消费者， 其操作为：
ｗｈｉｌｅ（ｔｒｕｅ）
｛Ｐ（ ｆｕｌｌ） ；
取产品；
关键词： 进程； 互斥； 同步； ＰＶ 操作 中图分类号： ＴＰ ３１６ 文献标识码： Ａ 文章编号： １００９－ ３０４４（２００７）０８－ ２０４２６－ ０２
Ａｃｈｉｅｖｅ ｔｈｅ Ｓ ｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐ ｒｏｃｅｓ ｓ ｗｉｔｈ Ｐ Ｖ Ｐ ｒｉｍｉｔｉｖｅｓ ＣＨＥＮ Ｘｉａｏ－ ｆａｎｇ
出临界区。利用信号量和 Ｐ、Ｖ 操作实现互斥的一般模型是：
进程 １
进程 ２ …… 进程 ｎ
开发研究与设计技术
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Ｐ（ｍｕｔｅｘ）；
Ｐ（ｍｕｔｅｘ）；
Ｐ（ｍｕｔｅｘ）；
临界区
临界区
临界区
Ｖ（ｍｕｔｅｘ）；
Ｖ（ｍｕｔｅｘ）；
Ｖ（ｍｕｔｅｘ）；
进程间同步互斥
PV原语的操作
P原语：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：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。
LINUX 中的信号量
信号量的概念1965年由著名的荷兰计算机科学家
Dijkstra提出，其基本思路是用一种新的变量类型 （semaphore）来记录当前可用资源的数量。
（2）控制信号量
semctl( int semid,//信号量集的句柄 int semnum,//信号量集的元素数 int cmd,//命令 /*union senum arg */.../ ) 允许我们直接控制信号量 成功：返回相应的值 失败：返回-1
命令CMD 参数详细说明:
IPC_RMID
删除一个信号量 IPC_EXCL 只有在信号量集不存在时创建 IPC_SET 设置信号量的许可权 SETVAL 设置指定信号量的元素的值为 agc.val GETVAL 获得一个指定信号量的值 GETPID 获得最后操纵此元素的最后进程ID GETNCNT 获得等待元素变为1 的进程数 GETZCNT 获得等待元素变为0 的进程数
LINUX 中的信号量的主要函数
（1）创建信号量 int semget(key_t key,int nSemes,int flag) （2）控制信号量 semctl(int semid,int semnum,int cmd, /*union senum arg */) （3）对信号量 +1 或 -1 或测试是否为0 int semop(int semid,struct sembuf *sops, unsigned short nsops )
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进程的互斥和同步
进程同步：主要源于进程合作，是进程间共同完成一项任务时直接发生相互作用的关系。
为进程之间的直接制约关系。
在多道环境下，这种进程间在执行次序上的协调是必不可少的。
如：相互合作的两个进程之间需要在某些确定点协调它们的工作，一个进程到达了该点后，除非另一进程已经完成了某些操作，否则就不得不停下来，等待这些操作的完成。
这就是进程间的同步。
进程互斥：主要源于资源共享，是进程之间的间接制约关系。
在多道系统中，两个进程由于不能同时使用同一临界资源，只能在一个进程使用完了，另一进程才能使用，这种现象称为进程间的互斥。
同步的主要特征是：一个进程在某一点上等待另一进程提供信息，两进程之间存在直接制约关系，其表现形式为进程—进程。
互斥的主要特征是争用资源，两进程间存在间接制约关系，其表现形式是进程—资源—进程
设备同步：概括来讲，就是有两个数据源，最初它们的数据都是一样的。
若一个数据源的数据经过添加、修改、删除等操作发生了改变，那么为了使两个数据源的数据保持一致，即让一个数据源数据的改变反映到另一个上，就必须进行一个让两个数据源的数据保持一致的操作，这个操作就叫“同步”。
同步操作结束之后，两个设备上的数据就完全一致了，处于“同步”状态。
进程同步是进程之间直接的相互作用，是合作进程间有意识的行为。
典型的例子是公共汽车上司机与售票员的合作。
只有当售票员关门之后司机才能启动车辆，只有司机停车之后售票员才能开车门。
司机和售票员的行动需要一定的协调。
同样地，两个进程之间有时也有这样的依赖关系，因此我们也要有一定的同步机制保证它们的执行次序。
信号量是最早出现的用来解决进程同步与互斥问题的机制，包括一个称为信号量的变量及对它进行的两个原语操作。
每个信号量至少须记录两个信息：信号量的值和等待该信号量的进程队列。
对一个信号量变量可以进行两种原语操作：p操作和v操作。
p操作和v操作是不可中断的程序段，称为原语。
如果将信号量看作共享变量，则pv 操作为其临界区，多个进程不能同时执行。
由此也可以看到，信号量机制必须有公共内存，不能用于分布式操作系统，这是它最大的弱点。
一个信号量只能置一次初值，以后只能对之进行p操作或v操作。
其基本思路是用信号量（semaphore）来记录当前可用资源的数量。
信号量sem是一整数，sem大于等于零时代表可供并发进程使用的资源实体数，但sem小于零时则表示正在等待使用临界区的进程数。
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。
用PV原语实现进程的互斥
例1 某车站售票厅，任何时刻最多可容纳20名购票者进入，当售票厅中少于20名购票者时，厅外的购票者可立即进入，否则需要在外面等待。
每个购票者可看成一个进程。
分析：第一步：确定进程间的关系。
售票厅是各进程共享的公有资源，当售票厅中多于20名购票者时，厅外的购票者需要在外面等待。
所以进程间是互斥的关系。
第二步：确定信号量及其值。
只有一个公有资源：售票厅，所以设置一个信号量s。
售票厅最多容纳20个进程，即可用资源实体数为20，s的初值就设为20。
实现：begin
s:semaphore;
s:=20;
cobegin
process PI(I=1,2,……)
begin P(s);
进入售票厅；
购票；
退出；
V(s);
end;
coend
当购票者进入售票厅前要执行P(s)操作，执行后若s大于或等于零，说明售票厅的人数还未满可进入。
执行后若s小于零，则说明售票厅的人数已满不能进入。
这个实现中同时最多允许20个进程进入售票厅购票，其余进程只能等待。
判断进程间是否互斥，关键是看进程间是否共享某一公有资源，一个公有资源与一个信号量相对应。
确定信号量的值是一个关键点，它代表了可用资源实体数。
用PV原语实现进程的同步
与进程互斥不同，进程同步时的信号量只与制约进程、被制约进程有关而不是与所有同类并发进程有关，所以称该信号量为私有信号量。
利用PV原语实现进程同步的方法是：
首先为各同步进程设置私有信号量，然后为私有信号量赋初值，最后利用PV原语和私有信号量规定各进程的执行顺序。
例2 设在公共汽车上，司机和售票员的活动分别是：司机：启动车辆，正常行车，到站停车。
售票员：上乘客，关车门，售票，开车门，下乘客。
用PV操作对其控制。
分析：第一步：确定进程间的关系。
司机到站停车后，售票员方可工作。
同样，售票员关车门后，司机才能工作。
所以司机与售票员之间是一种同步关系。
第二步：确定信号量及其值。
由于司机与售票员之间要互通消息，司机进程设置一个私有信号量run，用于判断司机能否进行工作，初值为0。
售票员进程设置一个私有信号量stop，用于判断是否停车，售票员是否能够开车门，初值为0。
实现：begin stop ,run:semaphore
stop:=0;run:=0;
cobegin
driver: begin
L1: P(run);
启动车辆；
正常行车；
到站停车；
V(stop);
goto L1;
end;
conductor:begin
L2:上乘客；
关车门；
V(run);
售票；
P(stop);
开车门；
下乘客；
goto L2;
end;
coend;
end;
用PV操作还可以实现进程同步与互斥的混合问题，典型的如：多个生产者和多个消费者共享容量为n的缓存区。