PV原语

1.PV原语的含义

     P操作和V操作是不可中断的程序段，称为原语。PV原语及信号量的概念都是由荷兰科学家E.W.Dijkstra提出的, 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。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：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；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：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。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。

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。

 

2.分类：

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；

需要提醒大家一点就是P,V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。且在P,V愿语执行期间不允许有中断的发生。

对于具体的实现，方法非常多，可以用硬件实现，也可以用软件实现。我们采用如下的定义：

    procedure p(var s:samephore);

      {

        s.value=s.value-1;

        if (s.value<0) asleep(s.queue);

      }

   procedure v(var s:samephore);

      {

        s.value=s.value+1;

        if (s.value<=0) wakeup(s.queue);

      }

其中用到两个标准过程：

asleep(s.queue);执行此操作的进程控制块进入s.queue尾部，进程变成等待状态

wakeup(s.queue);将s.queue头进程唤醒插入就绪队列

对于这个过程，s.value初值为1时，用来实现进程的互斥。

虽然说信号量机制比加锁方法要好得多，但是也不是说它没有任何的缺陷。由此我们也可以清晰地看到，这种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。