简述信号量和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。

{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

counter++; //缓冲内产品数加1
{consume the item in nextc};//消耗产品

}
}
生产者-消费者问题的算法描述(4)
生产者和消费者进程对counter 的交替执行会使其结果不唯一
生产者和消费者进程的交替执 行会导致进程永远等待
竞争条件(Race Condition)
counter++ could be implemented as
register1 = counter register1 = register1 + 1 count = register1 counter-- could be implemented as
register2 = counter register2 = register2 - 1 counter = register2 Consider this execution interleaving with “counter = 5” initially: S0: producer execute register1 = counter {register1 = 5} S1: producer execute register1 = register1 + 1 {register1 = 6} S2: consumer execute register2 = counter {register2 = 5} S3: consumer execute register2 = register2 - 1 {register2 = 4} S4: producer execute counter = register1 {counter = 6 } S5: consumer execute counter = register2 {counter = 4}

一、概述信号量是操作系统中用于进程同步与互斥的一种重要机制。

它可以控制对共享资源的访问，保证多个进程在共享资源上的互斥访问，并且通过对信号量进行操作来实现进程的同步。

pv操作是信号量的重要操作之一，它可以控制信号量的值，并且在实现互斥、同步等功能时起到关键作用。

本文将探讨信号量及其pv操作的物理意义。

二、信号量的物理意义1. 信号量的基本概念信号量是由Dijkstra在1968年提出的一种同步机制，它是一个整型变量，用于对共享资源的访问进行控制。

信号量可以有两种类型：二进制信号量和计数信号量。

二进制信号量只能取0或1两个值，用于互斥操作。

计数信号量可以取多个非负整数值，用于资源管理。

信号量的物理意义在于通过对其进行操作来保证对共享资源的合理访问。

2. 信号量的物理意义当一个进程需要访问一个共享资源时，它首先要检查信号量的值。

如果信号量的值大于0，则进程可以访问该资源，同时将信号量的值减1，表示该资源被占用。

如果信号量的值等于0，则表示资源已被占用，进程需要等待，直至信号量的值大于0。

当进程释放资源后，需要将信号量的值加1，以通知其他等待进程资源可用。

这种对信号量进行加减操作的过程就是pv操作。

三、pv操作的物理意义1. pv操作的基本概念pv操作是对信号量进行操作的关键手段，它包括P操作和V操作两种。

P操作用于申请共享资源，V操作用于释放共享资源。

具体来说，P操作会将信号量的值减1，代表占用资源；而V操作会将信号量的值加1，代表释放资源。

这两种操作是互逆的，可以有效地控制对共享资源的访问。

2. pv操作的物理意义从物理意义上来讲，P操作和V操作影响着系统中的进程调度和资源分配。

当一个进程执行P操作时，它在获取资源之前会检查信号量的值，如果信号量的值大于0，即资源可用，进程会将信号量的值减1，表示资源被占用。

如果信号量的值等于0，则进程需要等待，直至信号量的值大于0。

而当一个进程执行V操作时，它会释放占用的资源，将信号量的值加1，以通知其他等待进程资源已经释放。

信号量和PV操作解决机票问题(2)
• • • • • • • • • • • • • • • • ARRAY[1..m] integer; /*表示 种票* 表示m Var A : ARRAY[1..m] OF integer; /*表示m种票*/ ARRAY[1..m] semaphore; /*表示每种票的变量临 表示每种票的变量临* s : ARRAY[1..m] OF semaphore; s[j] := 1; /*表示每种票的变量临*/ /*界资源都设一个信号量 Cobegin /*界资源都设一个信号量 process Pi Xi:integer; var Xi:integer; begin L 1: 按旅客定票要求找到A[j] A[j]； 按旅客定票要求找到A[j]； P(s[j]) A[j]; Xi := A[j]; Xi>=1 if Xi>=1 Xi:=Xi- A[j]:=Xi; V(s[j]); 输出一张票； end; then begin Xi:=Xi-1; A[j]:=Xi; V(s[j]); 输出一张票； end; V(s[j]);输出票已售完；end; else begin V(s[j]);输出票已售完；end; goto L1; end; end; coend; coend;
3.3.2 信号量与P、V操作—同步工具
信号量与P 信号量与P、V操作的定义 操作的定义
（E.W.Dijkstra）原始定义（书上：整形信号量） • 信号量s是一个非负整形变量，除初始化外，仅能通 过P、V操作所访问（改变） • P(s)操作：当信号量s大于0时，把信号量s减1，否 则调用P(s)的进程等待直到信号量s大于0。 • V(s)操作：把信号量s加1 用类PASCAL语言描述PV操作的功能如下： 用类PASCAL语言描述PV操作的功能如下： PASCAL语言描述PV操作的功能如下 P(s)： s≤0 P(s)：while s≤0 do null operation =ss：=s-1； V(;1；

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；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。

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。

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。

利用信号量和PV操作实现进程互斥的一般模型是：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：（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。

（2）P、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。

（3）互斥信号量的初值一般为1。

利用信号量和PV操作实现进程同步PV操作是典型的同步机制之一。

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。

操作系统pv操作操作系统 PV 操作在操作系统中，PV 操作是一种非常重要的同步机制，用于解决进程之间的互斥和同步问题。

这一概念对于理解操作系统的工作原理和提高系统的效率至关重要。

首先，让我们来搞清楚什么是 PV 操作。

P 操作和 V 操作是两个原语操作，P 操作也被称为 wait 操作，V 操作也被称为 signal 操作。

它们通过对信号量进行操作来实现进程之间的协调。

信号量是一个整型变量，它与一个队列相关联。

这个队列用于存放等待该信号量的进程。

P 操作会减少信号量的值，如果信号量的值小于0，那么执行 P 操作的进程就会被阻塞，并放入等待队列中。

而 V 操作会增加信号量的值，如果等待队列中有进程，那么就会唤醒其中的一个进程。

为了更好地理解 PV 操作，我们来看一个简单的例子。

假设有两个进程，进程 A 和进程 B，它们都要访问一个共享资源，比如打印机。

我们可以使用一个信号量 S 来控制对打印机的访问。

初始时，S 的值为 1，表示打印机可用。

当进程 A 想要使用打印机时，它先执行 P 操作。

此时，S 的值减 1 变为 0。

如果此时进程 B 也想要使用打印机并执行 P 操作，那么 S 的值就会变为－1，进程 B 就会被阻塞，进入等待队列。

当进程 A 使用完打印机后，它执行 V 操作，S 的值加 1 变为 0，此时会从等待队列中唤醒进程 B，进程 B 就可以获得打印机的使用权。

PV 操作在解决进程互斥问题上发挥着重要作用。

比如在多个进程同时访问同一块内存区域时，我们可以通过 PV 操作来保证在同一时刻只有一个进程能够访问，从而避免数据的混乱和错误。

除了互斥，PV 操作还能用于实现进程同步。

比如说，有一个生产者进程和一个消费者进程，生产者负责生产产品并放入缓冲区，消费者从缓冲区取出产品进行消费。

我们可以设置两个信号量，一个表示缓冲区是否为空，一个表示缓冲区是否已满。

当缓冲区为空时，消费者进程执行 P 操作会被阻塞，直到生产者生产了产品并执行 V 操作来通知消费者。

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 ； ；

9 0
3.3.4 生产者消费者问题
① ② ③ ④ ⑤ ⑥ 一个生产者、一个消费者共享一个缓冲区 一个生产者、一个消费者共享多个缓冲区 多个生产者、多个消费者共享多个缓冲区 多个生产者、多个消费者共享一个缓冲区 多个生产者、一个消费者共享多个缓冲区 一个生产者、多个消费者共享多个缓冲区
一个生产者一个消费者共享一个缓冲区的解
记 录 型 信 号 量 解 决 理 发 师 问 题
var waiting : integer; /*等候理发的顾客数*/ CHAIRS:integer; /*为顾客准备的椅子数*/ customers, barbers，mutex : semaphore; customers := 0;barbers:=1; waiting:=0; mutex := 1; procedure barber; begin while(TRUE); /*理完一人,还有顾客吗?*/ P(cutomers); /*若无顾客,理发师等顾客*/ P(mutex); /*进程互斥*/ waiting := waiting – 1; /*等候顾客数少一个*/ V(mutex); /*开放临界区*/end; cut-hair( ); /*正在理发*/ V(barbers); /*理发师唤醒下一个顾客*/ procedure customer begin P(mutex); /*进程互斥*/ if waiting<CHAIRS begin /*看看有没有空椅子*/ waiting := waiting+1; /* 等候顾客数加1*/ V(mutex); /*开放临界区*/ V(customers); /*必要的话唤醒理发师 */ P(barbers); /*无理发师, 顾客坐着等理发师*/ get-haircut( ); /*一个顾客坐下等理发*/ end else V(mutex); /*人满了,走吧!*/ end;

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。

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;

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。

哲学家吃通心面问题 问题
有五个哲学家围坐在一圆桌旁， 有五个哲学家围坐在一圆桌旁 ， 桌中央 有一盘通心面， 每人面前有一只空盘于， 有一盘通心面 ， 每人面前有一只空盘于 ， 每两人之间放一把叉子。 每个哲学家思 每两人之间放一把叉子 。 饥饿、 然后吃通心面。 为了吃面， 考 、 饥饿 、 然后吃通心面 。 为了吃面 ， 每个哲学家必须获得两把叉子， 每个哲学家必须获得两把叉子 ， 且每人 只能直接从自己左边或右边去取叉子
记录型信号量与PV操作 记录型信号量与PV操作
推论1 若信号量s为正值， 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、 锁进程之前对信号量 s 可施行的 P 操作数 、 亦 等于s 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， 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 登记排列在该信号量s队列之中等待的进程个 亦即恰好等于对信号量s实施P 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 封锁起来并进入信号量s队列的进程数 推论3 通常， 操作意味着请求一个资源， 推论3：通常，P操作意味着请求一个资源，V 操作意味着释放一个资源。在一定条件下， 操作意味着释放一个资源。在一定条件下，P 操作代表挂起进程操作， 操作代表挂起进程操作，而V操作代表唤醒被 挂起进程的操作
一个生产者一个消费者共享一个缓冲区
B : integer; sput:semaphore； 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 process consumer begin begin L1: L2: product； produce a product ； P(sget); B； P(sput); product:= B ； product； B := product ； V(sput); product； V(sget); consume a product ； goto L1; goto L2; end; end;

(转)用信号量机制来实现多个进程对临界资源的互斥访问 & PV操作2009-11-30 10:14进程互斥定义:两个或两个以上的进程,不能同时进入关于同一组共享变量的临界区域,否则可互斥.在多道程序环境下，存在着临界资源，它是指多进程存在时必须互斥访问的资源。

也就是某一的访问。

我们把这些程序的片段称作临界区或临界段，它存在的目的是有效的防止竞争条件又能保有好的解决方案，才能防止出现以下情况：多个进程同时处于临界区，临界区外的进程阻塞其他的此以外，这些方案还不能对CPU的速度和数目做出任何的假设。

只有满足了这些条件，才是一个好访问临界资源的循环进程可以这样来描述：Repeatentry sectionCritical sections;exit sectionRemainder sectioni;Until false为实现进程互斥，可以利用软件的方法，也可以在系统中设置专门的同步机制来协调多个进程1.空闲让进当临界资源处于空闲状态，允许一个请求进入临界区的进程立即进入临界区，从2.忙则等待已经有进程进入临界区时，意味着相应的临界资源正在被访问，所以其他准备进3.有限等待对要求访问临界资源的进程，应该保证该进程能在有效的时间内进入临界区，防4.让权等待当进程不能进入临界区，应该立即释放处理机，防止进程忙等待。

早期解决进程互斥问题有软件的方法和硬件的方法，如：严格轮换法，Peterson的解决方案不过它们都有一定的缺陷，这里就不一一详细说明，而后来Kijkstra提出的信号量机制则更好的信号量(Semaphore)，有时被称为信号灯，是在多线程环境下使用的一种设施, 它负责协调各个线程Semaphore分为单值和多值两种，前者只能被一个线程获得，后者可以被若干个线程获得。

以一个停车场的运作为例。

简单起见，假设停车场只有三个车位，一开始三个车位都是空的。

辆直接进入，然后放下车拦，剩下的车则必须在入口等待，此后来的车也都不得不在入口处等待。

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。

简述信号量和pv操作。

信号量是一种用于计数、测量和同步的线性代数结构。

它通常用于解决线性方程组和矩阵相关的问题。

本文将简要介绍信号量和pv操作,并探讨它们在实际应用中的重要性。

一、信号量的定义和特点信号量是一种线性代数结构,由一个元素和一个指向下一个元素的指针组成。

信号量的每个元素都可以用一个整数来表示,并且信号量的所有元素都是相等的。

信号量的主要特点包括:1. 可逆性:信号量是可逆的,即对于一个给定的信号量,存在一个逆信号量,使得逆信号量的每个元素等于原信号量的每个元素乘以一个常数。

2. 加法和减法运算法则:信号量的加法和减法运算法则都是稳定的,即对于任意两个信号量,它们的和和差都是相等的。

3. 指针操作:信号量可以使用指针操作进行访问和修改。

指针可以指向信号量的任何一个元素,或者指向一个空元素。

二、pv操作的定义和特点pv操作是一种用于对信号量进行计数和测量的操作。

它由一个信号量和一个整数数组组成。

pv操作的主要特点包括:1. 计数和测量的精度:pv操作可以根据整数数组中的值进行精确的计数和测量。

2. 可以处理多个信号量:pv操作可以同时处理多个信号量,并且可以将它们进行并行计算。

3. 可以处理动态数据:pv操作可以处理动态数据,例如图像和音频信号,因为它们通常是动态的。

三、信号量和pv操作的应用信号量和pv操作在实际应用中具有广泛的应用,包括:1. 求解线性方程组:信号量可以用于求解线性方程组,例如y = mx + b,其中m和b是系数矩阵和常数矩阵,x是未知数。

pv操作可以用于测量未知数的值,从而进一步求解方程组。

2. 图像处理:pv操作可以用于对图像进行计数和测量,例如对图像中的像素进行计数,以确定图像的大小和分辨率。

3. 音频处理:pv操作可以用于对音频信号进行计数和测量,例如对音频中的每个频率进行计数,以确定音频的频率和音高。

4. 并行计算:信号量可以用于并行计算,从而加快计算速度。

❖ 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