p.v.

闡述P,V原語的理論不得不提到的一個人便是赫赫有名的荷蘭科學家 E.W.Dijkstra。如果你對這位科學家沒有什麼印象的話，提起解決圖論中最短路徑問題的Dijkstra演演算法應當是我們再熟悉不過的了。P,V原語的概念以及P,V操作當中需要使用到的信號量的概念都是由他在1965年提出的。

信號量是最早出現的用來解決進程同步與互斥問題的機制(也可實現進程通信)，包括一個稱為信號量的變數及對它進行的兩個原語操作。信號量為一個整數，我們設這個信號量為：sem。很顯然，我們規定在sem大於等於零的時候代表可供併發進程使用的資源實體數，sem小於零的時候，表示正在等待使用臨界區的進程的個數。根據這個原則，在給信號量附初值的時候，我們顯然就要設初值大於零。

p操作和v操作是不可中斷的程序段，稱為原語。P,V原語中P是荷蘭語的Proberen（測試）, V是荷蘭語的Verhogen（增加）。

且在P,V原語執行期間不允許有中斷的發生。

對於具體的實現，方法非常多，可以用硬體實現，也可以用軟體實現。這種信號量機制必須有公共內存，不能用於分散式操作系統，這是它最大的弱點。

PV操作由P操作原語和V操作原語組成（原語是不可中斷的過程），對信號量進行操作，具體定義如下：

P（S）：①將信號量S的值減1，即S=S-1；

②如果S>=0，則該進程繼續執行；否則該進程置為等待狀態，排入等待隊列。

V（S）：①將信號量S的值加1，即S=S+1；

②如果S>0，則該進程繼續執行；否則釋放隊列中第一個等待信號量的進程。

PV操作的意義：我們用信號量及PV操作來實現進程的同步和互斥。PV操作屬於進程的低級通信。

信號量（semaphore）的數據結構為一個值和一個指針，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情況有關。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操作來改變。

一般來說，信號量S>=0時，S表示可用資源的數量。執行一次P操作意味著請求分配一個單位資源，因此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操作意味著釋放一個單位資源，因此S的值加1；

若S<=0，表示有某些進程正在等待該資源，因此要喚醒一個等待狀態的進程，使之運行下去。

利用信號量和PV操作實現進程互斥的一般模型是：

進程P1 進程P2 …… 進程Pn

…… …… ……

P（S）； P（S）； P（S）；

臨界區；臨界區；臨界區；

V（S）； V（S）； V（S）；

…… …… …… ……

其中信號量S用於互斥，初值為1。

使用PV操作實現進程互斥時應該注意的是：

（1）每個程序中用戶實現互斥的P、V操作必須成對出現，先做P操作，進臨界區，后做V操作，出臨界區。若有多個分支，要認真檢查其成對性。

（2）P、V操作應分別緊靠臨界區的頭尾部，臨界區的代碼應儘可能短，不能有死循環。

（3）互斥信號量的初值一般為1。

利用信號量和PV操作實現進程同步

PV操作是典型的同步機制之一。用一個信號量與一個消息聯繫起來，當信號量的值為0時，表示期望的消息尚未產生；當信號量的值非0時，表示期望的消息已經存在。用PV操作實現進程同步時，調用P操作測試消息是否到達，調用V操作發送消息。

信號量機制主要有整形信號量、記錄性信號量、信號量集機制。

信號量是一個整形變數，根據控制對象的不同賦不同的值。信號量可分為公用信號量和私用信號量兩類。

公用信號量：實現進程間的互斥，初值=1或資源的數目

私用信號量：實現進程間的同步，初值=0或某個整數

信號量S的物理意義：S>=0時表示某資源的可用數，s<0時其絕對值表示阻塞隊列中等待該資源的進程數。P、V操作是實現進程同步與互斥的常用方法。

P操作表示申請一個資源，V操作表示釋放一個資源。

P操作的定義：S=S-1，若S>=0，則執行P操作的進程繼續執行；若S<0，則置該進程為阻塞狀態，並將其插入阻塞隊列。

Procedure P（Var S：Semaphore）；

Begin

S：=S-1；

If S<0 then w(S) {執行P操作的進程插入等待隊列}

End；

V操作定義：S=S+1，若S>0則執行V操作的進程繼續執行；若S<0，則從阻塞狀態喚醒一個進程，並將其插入就緒隊列，執行V操作的進程繼續執行。

Procedure V（Var S：Semaphore）；

Begin

S：=S+1

If S<=0 then R(s) {從阻塞隊列中喚醒一個進程}

End；

利用PV操作實現進程的互斥

令信號量mutex的初值為1，當進入臨界區時執行P操作，退出臨界區時執行V操作。這樣利用ＰＶ操作實現進程互斥的代碼段如下：

Ｐ（ｍｕｔｅｘ）

臨界區

Ｖ（ｍｕｔｅｘ）

使用PV操作實現進程同步時應該注意的是：

（1）分析進程間的制約關係，確定信號量種類。在保持進程間有正確的同步關係情況下，哪個進程先執行，哪些進程后執行，彼此間通過什麼資源（信號量）進行協調，從而明確要設置哪些信號量。

（2）信號量的初值與相應資源的數量有關，也與P、V操作在程序代碼中出現的位置有關。

（3）同一信號量的P、V操作要成對出現，但它們分別在不同的進程代碼中。