PV操作的例题

PV操作的例题

一、线程是进程的一个组成部分，一个进程可以有多个线程，而且至少有一个可执行线程。进程的多个线程都在进程的地址空间内活动。

资源是分给进程的，而不是分给线程的，线程需要资源时，系统从进程的资源配额中扣除并分配给它。处理机调度的基本单位是线程，线程之间竞争处理机，真正在处理机上运行的是线程。线程在执行过程中，需要同步。

二、在计算机操作系统中，PV操作是进程管理中的难点。

首先应弄清PV操作的含义：PV操作由P操作原语和V操作原语组成（原语是不可中断的过程），对信号量进行操作，具体定义如下：

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。

PV操作的意义：我们用信号量及PV操作来实现进程的同步和互斥。PV操作属于进程的低级通信。

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。

利用信号量和PV操作实现进程互斥的一般模型是：

进程P1 进程P2 ……进程Pn

………………

P（S）；P（S）；P（S）；

临界区；临界区；临界区；

V（S）；V（S）；V（S）；

……………………

其中信号量S用于互斥，初值为1。

使用PV操作实现进程互斥时应该注意的是：

（1）每个程序中用户实现互斥的P、V操作必须成对出现，先做P操作，进临界区，后做V操作，出临界区。若有多个分支，要认真检查其成对性。

（2）P、V操作应分别紧靠临界区的头尾部，临界区的代码应尽可能短，不能有死循环。（3）互斥信号量的初值一般为1。

利用信号量和PV操作实现进程同步

PV操作是典型的同步机制之一。用一个信号量与一个消息联系起来，当信号量的值为0时，表示期望的消息尚未产生；当信号量的值非0时，表示期望的消息已经存在。用PV操作实现进程同步时，调用P操作测试消息是否到达，调用V操作发送消息。

使用PV操作实现进程同步时应该注意的是：

（1）分析进程间的制约关系，确定信号量种类。在保持进程间有正确的同步关系情况下，哪个进程先执行，哪些进程后执行，彼此间通过什么资源（信号量）进行协调，从而明确要设置哪些信号量。

（2）信号量的初值与相应资源的数量有关，也与P、V操作在程序代码中出现的位置有关。

（3）同一信号量的P、V操作要成对出现，但它们分别在不同的进程代码中。

例题一：过桥问题

解：设信号量初值S=1

汽车进程Pi(i=1,2,3,…)

到达桥头

P(s)

桥行驶

到达桥另一端

V(s)

例题二

若有一售票厅只能容纳300人，当少于300人时，可以进入。否则，需在外等候，

若将每一个购票者作为一个进程，请用P、V操作编程。

解：信号量初值S=300

购票者进程Pi(i=1,2,3,…)

P(s)

进入售票厅

购票

退出售票厅

V(s)

例题三

有一只铁笼子，每次只能放入一只动物，猎手向笼中放入老虎，农民向笼中放入猪，动物园等待取笼中的老虎，饭店等待取笼中的猪，试用P、V操作写出能同步执行的程序。

解：两个生产者和两个消费者共享了一个仅能存放一件产品的缓冲器，生产者各自生产不同的产品，消费者各自取自己需要的产品，P、V操作编程为：

猎手进程农民进程动物园进程饭店进程

P(s) P(s) P(s1) P(s2)

放入虎放入猪买老虎买猪

V(s1) V(s2) V(s) V(s)

其中S初值=1，S1=S2=0

例题四

桌上有一只盘子，每次只能放入一个水果。爸爸专向盘中放苹果，妈妈专向盘中放桔子，女儿专等吃盘中的苹果，儿子专等吃盘中的桔子。用P、V操作写出它们能正确同步的程序。（同例六详解）

解：信号量初值S1=0，S2=0，S=1

爸爸进程妈妈进程女儿进程儿子进程

repeat repeat repeat repeat

P(s) P(s) P(s1) P(s2)

放苹果放桔子取苹果取桔子

V(s1) V(s2) V(s) V(s)

until false until false until false until false

例题五

设有两个优先级相同的进程P1和P2如下，S1和S2初值均为0，求：P1，P2并发执行结束后，x,y,z分别是多少？

进程P1 进程P2

y:=1; x:=1;

y:=y+2; x:=x+1;

V(s1); P(s1);

z:=y+1; x:=x+y;

P(s2); V(s2)

y:=z+y; z:=x+z;

解：因为P1、P2是并发进程，所以P1和P2调度顺序不确定。假设P1先执行，当P1执行