信号量及其P,V操作的实现

操作系统信号量与PV操作

操作系统信号量与PV操作操作系统中的信号量是一种并发控制机制，用于对进程间共享的资源进行同步和互斥操作。

PV操作（也称为P操作和V操作）是信号量的两个基本操作，用于实现对信号量的减操作和增操作。

下面将详细介绍信号量和PV操作的概念、原理和应用。

一、信号量的概念：信号量是一种用于进程间通信和同步的工具，通过对信号量的操作来实现对共享资源的控制。

信号量的初值为非负整数，可以看作是一个计数器。

信号量的值表示可用资源的数量，当值大于0时表示有可用资源，当值为0时表示没有可用资源，当值小于0时表示有进程等待资源。

二、PV操作的原理：PV操作是对信号量进行加减操作，具体含义如下：1. P操作（wait操作）：当进程需要使用一个资源时，首先执行P 操作。

P操作将信号量的值减1，如果值小于0，则进程被阻塞，等待资源的释放。

2. V操作（signal操作）：当进程使用完一个资源后，需要释放资源，此时执行V操作。

V操作将信号量的值加1，如果值小于等于0，则唤醒等待资源的进程。

三、应用场景：信号量和PV操作在许多操作系统中被广泛应用，常见的应用场景如下：1.进程同步：信号量用于控制多个进程的执行顺序和互斥访问共享资源，确保进程间的顺序执行和资源的正确访问。

例如多个进程需要按照一定的顺序执行，可以使用信号量控制进程的执行顺序；多个进程需要互斥地访问一些共享资源，可以使用信号量进行同步。

2.互斥锁：信号量可以用于实现互斥锁，防止多个进程同时访问临界区。

通过将信号量初值设为1，并在进程需要访问临界区时执行P操作，实现对临界区的互斥访问。

3.生产者-消费者问题：信号量可以用于解决生产者-消费者问题，其中生产者和消费者共享一个有限大小的缓冲区。

通过定义两个信号量，一个表示空缓冲区的数量，一个表示满缓冲区的数量，可以实现生产者和消费者的同步和互斥访问。

4.读者-写者问题：信号量可以用于解决读者-写者问题，其中多个读者可以同时读取共享资源，但只有一个写者能够写入共享资源。

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

利用信号量和PV操作实现进程互斥和同步问题

临界区；临界区；临界区；
V（S）； V（S）； V（S）；
…… …… …… ……
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。
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；
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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。
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。
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。

操作系统作业参考答案及其知识点

互斥条件：进程互斥使用资源
占有和等待条件：申请新资源时得不到满足等待，不释放已占有资源
不剥夺条件：一个进程不能抢夺其他进程占有的资源
循环等待条件：存在一组进程循环等待资源的
31、何谓银行家算法？叙述其基本原理。
答：
银行家算法是资源分配时的保守算法，系统掌握资源动态申请和使用情况，每次资源申请时用某种分配算法测试安全性，以避免死锁发生。
包含三类基本信息：
（1）标识信息
•PID用于唯一地标识一个进程，分由用户使用的外部标识符和被系统使用内部标识号。
•常用的标识信息有进程标识符、父进程的标识符、用户进程名、用户组名等。
（2）现场信息
•保留进程运行时存放在处理器现场中的各种信息，进程让出处理器时必须把处理器现场信息保存到PCB中，当该进程重新恢复运行时也应恢复处理器现场。
操作系统作业参考答案及其知识点
第一章
思考题：
10、试叙述系统调用与过程调用的主要区别？
答：
（一）、调用形式不同
（二）、被调用代码的位置不同
（三）、提供方式不同
（四）、调用的实现不同
提示：每个都需要进一步解释，否则不是完全答案
13、为什么对作业进程批处理可以提高系统效率？
答：批处理时提交程序、数据和作业说明书，由系统操作员把作业按照调度策略，整理为一批，按照作业说明书来运行程序，没有用户与计算机系统的交互；采用多道程序设计，可以使CPU和外设并行工作，当一个运行完毕时系统自动装载下一个作业，减少操作员人工干预时间，提高了系统的效率。
基本工作原理：当一个进程要发送消息时，先在自己的消息发送区里生成发送的消息；然后向系统申请一个消息缓冲区，把消息从发送区复制到消息缓冲区中；随后该消息缓冲区被挂到接收消息的进程的消息队列上，供接近者在需要时从消息队列中摘下并复制到消息接近区去使用，同时释放消息缓冲区

信号量 p、v操作,利用信号量实现互斥的方法-概述说明以及解释

信号量p、v操作，利用信号量实现互斥的方法-概述说明以及解释1.引言1.1 概述信号量（Semaphore）是一种重要的同步工具，在并发编程中起到了关键的作用。

它是由荷兰计算机科学家艾兹赫尔·迪科斯彻兹于1965年提出的。

信号量可以用于控制对共享资源的访问，实现进程或线程之间的互斥和同步。

在计算机系统中，多个进程或线程可能需要同时访问某个共享资源，这时就会引发竞争条件（Race Condition）问题。

竞争条件会导致数据不一致性和程序错误，为了解决这个问题，需要引入互斥机制来保证共享资源在任意时刻只能被一个进程或线程访问。

信号量的引入能够有效地解决互斥问题。

它通过一个计数器来控制对共享资源的访问。

这个计数器被称为信号量的值，其可以是一个非负整数。

当信号量的值大于等于0时，表示共享资源可用，进程可以继续访问。

当信号量的值小于0时，表示共享资源不可用，进程需要等待其他进程释放该资源后才能继续访问。

信号量的实现依赖于两个操作：P（Proberen）和V（Verhogen）。

P操作用于申请共享资源，即进程想要对共享资源进行访问时，必须先进行P操作。

如果信号量的值大于等于1，即资源可用，那么P操作会将信号量的值减1，并允许进程继续访问共享资源。

如果信号量的值小于1，即资源不可用，那么进程就需要等待。

V操作用于释放共享资源，即进程访问完共享资源后，必须进行V操作，将信号量的值加1，以便其他进程可以访问该资源。

利用信号量实现互斥的方法，就是通过对共享资源进行P和V操作，来控制对资源的访问。

在访问共享资源之前，进程需要先执行P操作锁定资源，访问完毕后再执行V操作释放资源。

这样就能够保证在任意时刻只有一个进程能够访问共享资源，实现了互斥。

总结起来，信号量是一种重要的同步工具，通过P和V操作可以实现对共享资源的互斥访问。

利用信号量实现互斥的方法可以有效地解决竞争条件问题，保证数据的一致性和程序的正确性。

计算机操作系统pv操作

引言概述计算机操作系统中的PV操作是进程同步和互斥的重要手段，用于解决多个进程共享资源时可能引发的竞争条件和死锁问题。

PV操作是通过对进程间的信号量进行操作来实现的。

本文将详细介绍PV 操作的定义、原理和应用场景，并通过分析五个大点来深入探讨PV 操作的实现和特性。

正文内容一、PV操作的定义和原理1.PV操作简介：PV操作是一种用于进程间同步和互斥的机制，主要包括两个操作——P操作（等待）和V操作（发出信号）。

2.P操作原理：进程执行P操作时，会判断信号量的值是否大于0，若大于0则将其减一；若等于0则进程被阻塞，等待信号量的值大于0。

3.V操作原理：进程执行V操作时，会将信号量的值加一；如果有阻塞的进程，会唤醒其中一个进程。

4.PV操作的互斥性：PV操作可以实现进程对共享资源的互斥保护，即只允许一个进程访问资源。

5.PV操作的同步性：PV操作可以实现进程之间的同步，即某个进程需要等待其他进程执行完相应操作后再进行操作。

二、PV操作的应用场景1.生产者消费者问题：通过使用信号量来解决生产者和消费者之间的同步和互斥问题，确保生产者和消费者能够正确地访问共享缓冲区。

2.读者写者问题：通过使用信号量来解决多个读者和一个写者之间的同步和互斥问题，确保读者和写者能够正确地访问共享资源。

3.互斥访问共享资源：通过使用信号量来保证多个进程对共享资源的互斥访问，防止竞争条件的发生。

4.进程间的消息传递：通过使用信号量来实现进程间的同步和消息传递，确保消息的正确发送和接收。

5.进程的顺序执行：通过使用信号量来控制进程的执行顺序，确保某些进程按照特定的顺序执行。

三、PV操作的实现方式1.信号量的定义和初始化：在操作系统中，信号量是由一个整数值和一个相关的进程等待队列组成。

需要在创建信号量时对其进行初始化。

2.P操作的实现：P操作需要对信号量的值进行判断，若大于0则执行减一操作；若等于0则将进程加入等待队列，进入阻塞状态。

信号量与PV操作

其中
•W(s.list)和R(s.list)是操作系统的基本系统调用， •W(s.list)表示把调用它的进程置成等待信号量s状态，并移入s信号量队列，同时释放CPU，转向进程调度； •R(s.list)表示释放一个等待s信号量的进பைடு நூலகம்，转换成就绪态并且移入就绪队列，执行该操作的进程继续执行（时间片未到期）或者转向进程调度（时间片已到期）。 •进程从队列中移出时的次序按照FCFS算法，被阻塞的时间越长的进程越优先出队，一避免饥饿现象。
信号量的分类 •信号量按其用途分为2种：公用信号量：初值常常为1，用来实现进程间的互斥。相关进程均可对其执行P、V操作。私有信号量：初值常常为可用资源数，多用来实现进程同步。拥有该信号量的一类进程可以对其执行P操作，而另一类进程可以对其执行V操作，多用于并发进程的同步。 •信号量按照取值可以分为两种：二元信号量：仅允许取0和1，主要用于解决进程互斥；一般信号量（计数信号量）：允许取任意整数值，主要用于解决进程同步问题。
} coend
A[m]; int A[m]; semaphore s; s = 1; cobegin
A[m]; int A[m]; s[m]; semaphore s[m]; j=0 j<m; For(int j=0;j<m;j++) { s[j] := 1; ] cobegin process Pi(){ Xi; int Xi; 按旅客定票要求找到 A[j] P(s[j]) Xi= A[j]; A[j]; If(Xi>=1 If(Xi>=1){ Xi=XiA[j]=Xi; Xi=Xi-1; A[j]=Xi; V(s[j]); V(s[j]); 输出一张票；；

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。

P V 原语操作

例某小型超级市场，可容纳50人同时购物。

入口处有篮子，每个购物者可拿一只篮子入内购物。

出口处结帐，并归还篮子（出、入口禁止多人同时通过）。

试用信号量和P、V操作写出购物者的同步算法。

●①所用信号量设置如下：●Ⅰ）互斥信号量S，初值为50，用以保证最多可以有50个购物者同时进入超市。

●Ⅱ）互斥信号量mutex1、mutex2，初值为1，用以保证同时只能有一个购物者进程进入出、入口拿起篮子或者结帐后放下篮子。

●②用信号量机制给出的每个购物者购物过程的算法描述如下：购物者进程：●P（S）；●P（mutex1）；●从入口处进超市，并取一只篮子；●V（mutex1）；●进超市内选购商品；●P（mutex2）；●到出口结帐，并归还篮子；●V（mutex2）；●从出口离开超市；●V（S）例桌上有个只能盛得下一个水果的空盘子。

爸爸可向盘中放苹果或桔子，儿子专等吃盘中的桔子，女儿专等吃盘中的苹果。

规定：当盘子空时，一次只能放入一个水果供吃者取用。

试用信号量和P、V操作实现爸爸、儿子和女儿这三个循环进程之间的同步。

Ⅰ）爸爸进程的同步信号量empty，初值为1，表示盘子是空的，即儿子或女儿已把盘中的水果取走。

Ⅱ）儿子进程的同步信号量orange，初值为0，表示爸爸尚未把桔子放入盘中。

Ⅲ）女儿进程的同步信号量apple，初值为0，表示爸爸尚未把苹果放入盘中。

●爸爸进程（P）：儿子进程（C1）：女儿进程（C2）：●P（empty）；P（orange ）；P（apple）；●将水果放入盘中；从盘中取出桔子；从盘中取出苹果；●若放入的是桔子，V（empty）；V（empty）；●则V（orange）；吃桔子；吃苹果；●否则，V（apple）；例：读者——写者问题●该问题描述的是：●一组读者与一组写者循环访问共享的同一个数据对象。

●读者：指能对共享数据对象读的进程，写者：指对共享数据对象只要求写的进程。

●规定：多个读者可以同时读这个数据对象，但决不允许多个写者同时对这个数据对象进行写操作，也不允许读者、写者同时访问这个数据对象。

简述信号量和pv操作

简述信号量和pv操作信号量和PV操作一、引言信号量（Semaphore）是一种用于进程间同步和互斥的机制。

PV 操作是对信号量进行操作的两种基本操作，分别用于对信号量进行P（Proberen）操作和V（Verhogen）操作。

本文将对信号量和PV操作进行详细的介绍和解析。

二、信号量的定义信号量是一个整型变量，用于实现进程间的同步和互斥。

它可以用来控制对共享资源的访问。

信号量的值可以为正、零或负。

当一个进程需要访问某个共享资源时，它必须先检查信号量的值。

如果值大于零，则可以继续访问资源，并将信号量的值减1；如果值等于零，则进程需要等待；如果值小于零，则进程需要进入阻塞状态。

三、PV操作的介绍PV操作是对信号量进行操作的两种基本操作。

P操作（Proberen）用于申请资源，V操作（Verhogen）用于释放资源。

1. P操作（Proberen）P操作用于申请资源。

当一个进程需要访问某个共享资源时，它需要执行P操作。

P操作会检查信号量的值，如果值大于零，则进程可以继续访问资源，并将信号量的值减1；如果值等于零，则进程需要等待。

P操作是一个原子操作，确保了进程之间的互斥性，避免了竞争条件的发生。

2. V操作（Verhogen）V操作用于释放资源。

当一个进程使用完某个共享资源后，它需要执行V操作来释放资源。

V操作会将信号量的值加1，表示有一个资源可用。

如果有其他进程正在等待资源，则会唤醒其中一个进程，使其可以继续执行。

四、信号量的应用场景信号量和PV操作在操作系统中有广泛的应用场景，以下是几个常见的应用场景：1. 进程间的同步当多个进程需要按照一定的顺序执行时，可以使用信号量来实现进程间的同步。

通过设置合适的信号量值，可以控制进程的执行顺序，避免竞争条件的发生。

2. 进程间的互斥当多个进程需要访问共享资源时，可以使用信号量来实现进程间的互斥。

通过设置信号量的初始值为1，每个进程在访问共享资源之前执行P操作，如果信号量的值为1，则进程可以继续执行；如果信号量的值为0，则进程需要等待。

计算机操作系统P V操作

P、V操作、操作
入口 S = S + 1 S ≤ ≥ 0 是否是否返回
调用进程入等待队列唤醒等待队列中的一个进程转进程调度返回或转进程调度
1、独木桥问题。某条河上只有一座独木桥，以便行人独木桥问题。某条河上只有一座独木桥，过桥，现在河的两边都有人要过桥，过桥，现在河的两边都有人要过桥，按照下面的规则过桥，为了保证过桥安全，请用P 过桥，为了保证过桥安全，请用 P， V操作分别实现正确的管理。确的管理。过桥的规则：同一方向的可连续过桥，过桥的规则：同一方向的可连续过桥，某方向有人过桥时另一方向的人要等待。桥时另一方向的人要等待。 2、桌上有一空盘，允许存放一只水果。爸爸可向盘中桌上有一空盘，允许存放一只水果。放苹果，也可向盘中放桔子，儿子专等吃盘中的香蕉，放苹果，也可向盘中放桔子，儿子专等吃盘中的香蕉，女儿专等吃盘中的苹果。女儿专等吃盘中的苹果。规定当盘空时一次只能放一原语实现爸爸、儿子、只水果供吃者使用，请用P 只水果供吃者使用，请用 P， V原语实现爸爸、儿子、女儿三个并发进程的同步。女儿三个并发进程的同步。
}
Father() { while (true) daugher() {p(dish); 将苹果放入盘子；v(apple);} { while (true) 将苹果放入盘子； { p(apple);从盘子取苹果； p(apple);从盘子取苹果从盘子取苹果； } Mother() } { while (true) { p(dish);将香蕉放入盘子；v(banana);} p(dish);将香蕉放入盘子将香蕉放入盘子； }
桌上有一空盘，允许存放一只水果。爸爸可向盘中放苹果，妈妈向桌上有一空盘，允许存放一只水果。爸爸可向盘中放苹果，盘中放香蕉，儿子专等吃盘中的香蕉，女儿专等吃盘中的苹果。盘中放香蕉，儿子专等吃盘中的香蕉，女儿专等吃盘中的苹果。 //dish—互斥使用盘子；apple—盘中苹果数；banana— //dish—互斥使用盘子；apple—盘中苹果数；banana—盘中香蕉数 Var dish,apple,banana:Semaphore:=1,0,0; Main() son() { while (true) { cobegin { p(banana);从盘子取香蕉； p(banana);从盘子取香蕉从盘子取香蕉； Father();mother();son();daugher(); v(dish); Coend } 吃香蕉；吃香蕉；}

PV原语操作详解

PV原语操作详解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。

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，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。

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。

进程的PV操作详解

进程的PV操作详解部门： xxx时间： xxx整理范文，仅供参考，可下载自行编辑进程的PV操作在操作系统中，P、V操作是进程管理中的难点。

这是1968年荷兰人Dijkstra给出的一种解决并发进程间互斥和同步关系的通用方法。

1. P、V操作的意义定义了信号量及其上的P操作和V操作，来实现并发进程间的同步和互斥，甚至可以用来管理资源的分配。

P、V操作因交换的信息量少，属于进程的低级通信。

b5E2RGbCAP2. 什么是信号量？信号量<semaphore）是由一个值和一个指针构成的数据结构。

值为整型变量，表示信息量的值；指针指向进程控制块<PCB）队列的队头，表示等待该信号量的下一个进程。

如下图所示。

p1EanqFDPw信号量的一般结构及PCB队列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，信号量的初值不能为负，且其值只能由P、V操作来改变。

DXDiTa9E3d3. P、V操作的含义P、V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S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；否则该进程状态置为阻塞状态，进程PCB排入信号量PCB队列末尾，放弃CPU，等待V操作的执行。

RTCrpUDGiTV<S）：①将信号量S的值加1，即S=S+1；②如果S≤0，释放信号量队列中第一个PCB所对应的进程，将进程状态由阻塞态改为就绪态。

执行V操作的进程继续执行。

5PCzVD7HxA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，因此要唤醒一个阻塞状态的进程，使之成为就绪状态。

信号量与PV操作PPT.ppt

s.value=0;

else begin

w(s.queue);

end;
procedure BV(var s:semaphore);

if s.queue is empty;

then

s.value=1;

else begin

R(s.queue);
记录型信号量解决进程互斥问题
s : semaphore; s := 1; cobegin
记录型信号量解决生产者消费者问题
B : integer;
sput:semaphore；
/* 可以使用的空缓冲区数 */
sget:semaphore;
/* 缓冲区内可以使用的产品数 */
sput := 1;
/ * 缓冲区内允许放入一件产品 */
sget := 0;
/* 缓冲区内没有产品 */
process producer
cobegin
process Pi
// i=0,1,2,3,4,
begin
L1:
思考；
P(fork[i])； // i=4,P(fork[0])
P(fork[i+1])； // i=4,P(fork[4])
吃通心面；
V(fork[i])；
V(fork[(i+1)mod 5])；
goto L1;
end;
…… process Pi
begin
…… P(s); 临界区； V(s);
…… end;
…… coend;
记录型信号量解决机票问题
A : ARRAY[1..m] OF integer; A : ARRAY[1..m] OF integer;

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操作

进程通信：指进程间的信息交换过程进程通信方式：互斥、同步、消息缓冲一、开、关锁进程进入临界资源的操作:1:检查X的值.X=1,表示资源正在使用,返回继续进行检查;X=0,表示资源可以使用,X:=1(关锁); 2:进入临界区,访问临界资源;3:释放临界资源, X:=0(开锁).二、P、V操作P/V操作、信号量♦P/V操作由P操作原语和V操作原语组成，意义是：在一个整型变量S上定义了两个操作。

♦信号量：整型变量S称为信号量，仅能由P、V操作修改的整型变量。

P操作♦P操作：申请资源操作(1)S:=S-1；(2)如果S≥0，则表示有资源，该进程继续执行；如果S<0，则表示已无资源，执行原语的进程被置成阻塞状态，并使其在S信号量的队列中等待，直至其他进程在S上执行V操作释放它为止。

V操作V操作：释放资源操作(1)S:=S+1；(2)如果S>0，则该进程继续执行；如果S≤0，则释放S信号量队列的排头等待者并清除其阻塞状态，即从阻塞状态转变到就绪状态，执行V(S)者继续执行。

三、消息缓冲消息缓冲消息：进程之间以不连续的成组方式发送的信息消息缓冲区：包含有指向发送进程的指针、指向消息接受进程的指针、指向下一个消息缓冲区的指针、消息长度、消息内容等信息的一个缓冲区。

是进程通信的基本单位。

四、P、V操作例题Var信号量、变量Process 1Begin……End……Process nBegin……Endbegin初始化cobegin并发进程……并发进程coendendVar信号量、变量begin初始化cobeginprocedure1；begin……end……proceduren；begin……endcoendend1、生产者、消费者问题var mutex，empty，full：psemaphore；i,j，goods：integer；buffer：array [0…n-1] of item；procedure producer；生产者进程beginwhile true dobeginproduce next product；P(empty)；P(mutex)；buffer(i):=product；i:=(i+1) mod(n)；V(mutex)；V(full)；endend；procedure consumer；消费者进程beginwhile true dobeginP(full)；P(mutex)；goods：= buffer(j) ；j:=(j+1) mod(n)；V(mutex)；V(empty)；consume product ；endend；beginseminitial (mutex.v，1；empty.v，n；full.v，0)；i：=j：=0；cobeginproducer；consumer；coendend2、设有三个进程A、B、C，其中A与B构成一对生产者与消费者（A 为生产者，B为消费者），共享一个由n个缓冲块组成的缓冲池；B 与C也构成一对生产者与消费者（此时B为生产者，C为消费者），共享另一个由m个缓冲块组成的缓冲池。

PV操作详细解释

s.value<0时，s.value的绝对值为s.queue中等待进程的个数；
2．PV原语
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，定义如下： procedure p(var s:samephore);
{
s.value=s.value-1;
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。
V原语的主要操作是：
（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，则唤醒一阻塞在该信号量上的进程，然后再返回原进程继续执行或转进程调度。
if (s.value<0) asleep(s.queue);
}
procedure v(var s:samephore);
{
s.value=s.value+1;
if (s.value<=0) wakeup(s.queue);
典型理解偏差：
一，以V原语的1、2步来做，Sem不就永远大于0，那进程不就一直循环执行成为死循环了？
二，Sem大于0那就表示有临界资源可供使用，为什么不唤醒进程？
三，Sem小于0应该是说没有临界资源可供使用，为什么还要唤醒进程？
析疑：一，P操作对sem减1的。P、V原语必须成对使用！从而不会造成死循环。二，Sem大于0的确表示有临界资源可供使用，而且这个时候没有进程被阻塞在这个资源上，也就是说没有进程因为得不到这类资源而阻塞，所以没有被阻塞的进程，自然不需要唤醒。三，V原语操作的本质在于：一个进程使用完临界资源后，释放临界资源，使Sem加1，以通知其它的进程，这个时候如果Sem<0，表明有进程阻塞在该类资源上，因此要从阻塞队列里唤醒一个进程来“转手”该类资源。比如，有2个某类资源，三个进程A、B、C、D要用该类资源，最开始Sem=2，当A进入，Sem=1，当B进入Sem=0,表明该类资源刚好用完，当C进入时Sem=-1,表明有一个进程被阻塞了，D进入，Sem=-2。当A用完该类资源时，进行V操作，Sem=-1，释放该类资源，而这时Sem<0,表明有进程阻塞在该类资源上，于是唤醒一个。

信号量与PV操作

❖ void V(semaphore &s) {
❖ s.value++;
❖ if(s.value<=0)
❖ R(s.list);
❖}
一般信号量(3)
❖ 推论1：若信号量s为正值，则该值等于在封锁进程之前对信号量s可施行的P操作数、亦等于s所代表的实际还可以使用的物理资源数
❖ 推论2：若信号量s为负值，则其绝对值等于登记排列在该信号量s队列之中等待的进程个数、亦即恰好等于对信号量s实施P操作而被封锁起来并进入信号量s队列的进程数
一般信号量(2)
❖ typedef struct semaphore {
❖ int value;
//信号量值
❖ struct pcb *list; //信号量队列指针
❖ };
❖ void P(semaphore &s) {
❖
s.value--;
❖
if(s.value<0)
❖
W(s.list);
❖}
❖ while (true) {
//无限循环
❖
{produce an item in nextp};//生产一个产品
❖
if (counter==k) //缓冲满时，生产者睡眠
❖
sleep(producer);
❖
buffer[in]=nextp; //将一个产品放入缓冲区
❖
in=(in+1)%k; //指针推进
生产者-消费者问题算法描述(3)
❖ process consumer(void) {
❖ while (true) { //无限循环
❖ if (counter==0) //缓冲区空，消费者睡眠