2017PV原语练习

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 提岀，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。

semaphore 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。

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，则退岀；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 力廿1 ；

(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。

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); // 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：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;

举例说明:

例1:某超市门口为顾客准备了100辆手推车，每位顾客在进去买东西时取一辆推车，

在买完东西结完帐以后再把推车还回去。试用P、V操作正确实现顾客进程的同步互斥关系

分析：把手推车视为某种资源，每个顾客为一个要互斥访问该资源的进程。因此这个例子为PV原语的第二种应用类型。

解：

semaphore S_CartNum; // 空闲的手推车数量，初值为100

void co nsumer(void) // 顾客进程

{

P(S_CartNum);

买东西；

结帐；

V(S_CartNum);

}

例2 :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

{

while⑴

{

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);

从盘中取岀苹果；

V(S_PlateNum);

吃苹果；

}

}

另附用PV原语解决进程同步与互斥问题的例子

例3 :两个进程PA、PB通过两个FIFO（先进先岀）缓冲区队列连接（如图）

PA 从Q2取消息，处理后往Q1发消息；PB从Q1取消息，处理后往Q2发消息，每个缓冲区长度等于传送消息长度。Q1队列长度为n , Q2队列长度为m.假设开始时Q1中装满了

消息，试用P、V操作解决上述进程间通讯问题。

解:

// Q1 队列当中的空闲缓冲区个数，初值为0

semaphore S_BuffNum_Q1;

// Q2 队列当中的空闲缓冲区个数，初值为m

semaphore S_BuffNum_Q2;

// Q1 队列当中的消息数量，初值为n

semaphore S_MessageNum_Q1;

// Q2 队列当中的消息数量，初值为0

semaphore S_MessageNum_Q2;

void PA()

{

while⑴

{

P(S_MessageNum_Q2);

从Q2当中取岀一条消息；

V(S_BuffNum_Q2);

处理消息；

生成新的消息；

P(S_BuffNum_Q1);

把该消息发送到Q1当中；

V(S_MessageNum_Q1);