PV操作原理概述

一、PV原语的含义

P操作和V操作是不可终端的程序段，成为原语，PV原语及信号量的概念都是由荷兰科学家E.W.Dijkstra提出的。信号量sem是一个整数。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街区的进程数。

原语操作举例如下，P操作与V操作不允许中断：

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);

}

 

二、P原语操作的动作是：

(p可理解为pass,获得一个资源)

（1） sem减 1 ；

（2） 若sem减 1 后仍大于等于零，则请求的进程继续执行；

（3） 若sem减 1 后小于零，则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。

图 P操作流程

 

V原语操作的动作是：

(V可理解为Release,释放一个资源)

（1） sem加 1 ；

（2） 若相加结果大于零，则请求的进程继续执行；

（3） 若相加结果小于等于零，则从该信号的等待队列中唤醒一个等待进程，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。

图 V操作流程

 

三、利用信号量和PV操作实现的一般模型是：

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：

⑴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。

⑵P、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。

⑶互斥信号量的初值一般为1。

 

 

     现在，简单的说一下“信号灯”机制，打一个跟厕所有关的比喻，（不是很雅^_^），在火车上，当A上厕所的时候，他会将厕所的门锁上，对外标识一个“有人”的表示，当他解决完以后，他会打开门，“有人”的标识就会变成“无人”的标识，这样B就可以进去了，而如果A不把这个标识改变，B就算憋死也进不去的。（当然暴力方式排除在外）。C# 提供的 AutoResetEvent就是这样一种“信号灯”，定义这个类的变量，并传递到子线程，在子线程将结束时，将该“信号灯”设置为 true(“无人”）状态，这样主线程就可以进入了（开始执行）。

同样，我们还有上公共厕所的经历，在公共厕所了有很多个便池，当然还有一个厕所管理员，这时，A1,A2,A3……就可以在厕所管理员这里领取一个牌匾，同时进去解决“问题”， 如果，厕所管理员不是很bt，当A1出来的时候，他会放B1进去，但是也有Bt的，非得等到A1,A2,A3……都解决问题了，才让B1,B2,……进去，这就是WaitHandle.WaitAll()和WaitHandle.WaitAny(),WaitHandle.WaitOne()的区别，这是可以使用ManualResetEvent的“信号灯”

 

 

典型理解偏差

三个问题：

一，以V的1、2步来做，Sem不就永远大于0，那不就一直循环执行成为死循环了？

二，Sem大于0那就表示有可供使用，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，因此要从阻塞里唤醒一个进程来“转手”该类资源。比如，有两个某类资源，四个进程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。

为了进一步加深理解，再引入二个问题：

四，如果是互斥的话，应该设置信号量Sem=1，但是当有5个进程都访问的话，最后在该信号量的链表里会有4个在等待，也是说S=-4，那么第一个进程执行了V操作使S加1，释放了资源，下一个应该能够执行，但唤醒的这个进程在执行P操作时因S〈0，也还是执行不了，这是怎么回事呢？

五，Sem的绝对值表示等待的进程数，同时又表示临界资源，这到底是怎么回事？

析疑：

四，当一个进程阻塞了的时候，它已经执行过了P操作，并卡在那个地方。当唤醒它时就立即进入它自己的临界区，并不需要执行P操作了，当执行完了临界区的程序后，就执行V操作。

五，当信号量Sem小于0时，其绝对值表示中因请求该类资源而被阻塞的进程数目.S大于0时表示可用的临界资源数。注意在不同情况下所表达的含义不一样。当等于0时，表示刚好用完。