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。
3. 读者-写者问题
读者-写者问题是一个经典的同步问题，要求实现多个读者和写者的并发访问。可以使用信号量来解决读者-写者问题，通过设置合适的信号量值和PV操作的顺序，可以实现读者和写者的互斥访问。
4. 生产者-消费者问题
生产者-消费者问题是另一个经典的同步问题，要求实现多个生产者和消费者的并发访问。可以使用信号量来解决生产者-消费者问题，通过设置合适的信号量值和PV操作的顺序，可以实现生产者和消费者的互斥访问。
五、总结
信号量和PV操作是一种用于进程间同步和互斥的机制。通过设置合适的信号量值和执行PV操作，可以实现进程的同步和互斥访问。信号量和PV操作在操作系统中有广泛的应用场景，例如进程间的同步、进程间的互斥、读者-写者问题和生产者-消费者问题等。掌握信号量和PV操作的原理和应用场景对于理解和设计并发程序非常重要。
计算机操作系统pv操作 1、引言 1.1 定义 PV操作，全称为P操作（原语操作）和V操作（原语操作），是计算机操作系统中用于实现进程间同步和互斥的重要机制之一。P 操作用于请求访问临界资源，V操作用于释放临界资源。 1.2 目的 本文档旨在提供关于计算机操作系统中PV操作的详细说明，进一步理解PV操作的概念、原理和使用方法，以及相关注意事项和最佳实践。 2、PV操作概述 2.1 P操作 P操作（Proberen操作）用于请求访问临界资源。如果临界资源当前已被占用，则进程将被阻塞等待，直到获得资源访问权限。 2.2 V操作 V操作（Verhogen操作）用于释放临界资源。当进程完成对临界资源的访问后，应该及时释放资源，以便其他进程能够获得访问权限。
3、PV操作实现方式 3.1 二进制信号量 使用二进制信号量实现PV操作是最常见的方式之一。二进制信 号量只能取0或1两种值，用于表示资源的占用状态。 3.2 计数信号量 计数信号量可以取多个非负整数值，用于表示资源的可用数量。进程在请求资源时，如果信号量的值大于0，则减1并继续执行； 若信号量值为0，则进程被阻塞等待。 3.3 互斥锁 互斥锁是一种特殊的PV操作实现方式，用于实现进程对临界资 源的互斥访问。进程在访问临界资源前，需先获得互斥锁的所有权；在访问完成后，应释放互斥锁。 4、PV操作的应用场景 4.1 进程同步 PV操作常用于实现进程之间的同步，确保共享资源的安全访问。通过P操作和V操作的配对使用，可以实现进程的有序执行。 4.2 进程互斥
PV操作也可用于实现进程之间的互斥访问，即确保同一时间只有一个进程可以访问共享资源。使用互斥锁实现的PV操作能够有效避免资源竞争问题。 5、PV操作的注意事项 5.1 死锁 使用PV操作时，必须避免出现死锁的情况。死锁是指系统中的多个进程互相等待对方所占有的资源，导致所有进程无法继续执行的情况。 5.2 优先级关系 在使用PV操作时，进程的优先级关系可能会对同步和互斥的实现产生影响。优先级高的进程可能会在优先级低的进程之前获得资源的访问权限。 6、附件 本文档不涉及附件内容。 7、法律名词及注释 7.1 P操作（Proberen操作）：原语操作中的一种，用于请求访问临界资源。 7.2 V操作（Verhogen操作）：原语操作中的一种，用于释放临界资源。
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。相应Son进程也要向父、母进程传送盘子为空的消息。 3）信号量设置： dish：表示盘子是否为空，初值=1； apple：表示盘中是否有苹果，初值=0； banana：表示盘中是否有香蕉，初值=0。 Father:{ while( true) P ( dish );//判断盘子是否空 将苹果放入盘中； V ( apple );//传消息给女儿进程 } Mather:{ while( true)
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。
所谓信号灯，实际上就是用来控制进程状态的一个代表某一资源的存储单元。例如，P1和P2是分别将数据送入缓冲B和从缓冲B读出数据的两个进程，为了防止这两个进程并发时产生错误，狄克斯特拉设计了一种同步机制叫“PV操作”，P操作和V操作是执行时不被打断的两个操作系统原语。执行P操作P（S）时信号量S的值减1，若结果不为负则P（S）执行完毕，否则执行P操作的进程暂停以等待释放。执行V操作V（S）时，S的值加1，若结果不大于0则释放一个因执行P（S）而等待的进程。对P1和P2可定义两个信号量S1和S2，初值分别为1和0。进程P1在向缓冲B送入数据前执行P操作P（S1），在送入数据后执行V操作V（S2）。进程P2在从缓冲B读取数据前先执行P操作P（S2），在读出数据后执行V操作V（S1）。当P 1往缓冲B送入一数据后信号量S1之值变为0，在该数据读出后S1之值才又变为1，因此在前一数未读出前后一数不会送入，从而保证了P1和P2之间的同步。 1．信号量的类型定义 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。 2．PV原语 PV操作是典型的同步机制之一。用一个信号量与一个消息联系起来，当信号量的值为0时，表示期望的消息尚未产生；当信号量的值非0时，表示期望的消息已经存在。用P V操作实现进程同步时，调用P操作测试消息是否到达，调用V操作发送消息。
pv操作例题详细解释 摘要： 一、前言 二、PV操作的定义和基本概念 1.进程和线程 2.同步和互斥 3.PV操作的定义 三、PV操作的实现和应用 1.信号量机制 2.PV操作的实现 3.PV操作在实际应用中的例子 四、PV操作的注意事项 1.避免死锁 2.合理设置超时时间 3.使用PV操作的局限性 五、总结 正文： 一、前言 PV操作是操作系统中进程同步和互斥的一种常用手段，通过对进程的执行进行控制，确保系统资源得到高效利用。本文将详细解释PV操作的原理、实现和应用，并给出在使用PV操作时需要注意的事项。
二、PV操作的定义和基本概念 1.进程和线程 进程是计算机中程序执行的基本单位，是资源分配的独立单位。线程是进程内部的一个执行流程，是调度的基本单位。一个进程可以包含多个线程，线程之间共享进程的资源。 2.同步和互斥 同步是指多个进程或线程在执行过程中，需要相互配合，使得它们能够顺序、有序地执行。互斥是指在同一时间，只允许一个进程或线程访问某个共享资源。 3.PV操作的定义 PV操作，即P操作（wait）和V操作（signal），是一种基于信号量的同步和互斥机制。P操作会使得信号量值减一，如果信号量值为零，则进程或线程会进入等待状态；V操作会使得信号量值加一，如果有进程或线程在等待，则唤醒其中一个。 三、PV操作的实现和应用 1.信号量机制 信号量是操作系统中用于表示资源数量或状态的变量。信号量有两种类型：二进制信号量（只有0和1两个值，用于实现互斥锁）和计数信号量（可以有大于1的值，用于表示可重入锁）。 2.PV操作的实现 P操作可以通过执行wait函数实现，V操作可以通过执行signal函数实现。wait函数会使信号量值减一，如果信号量值为零，则阻塞调用进程或线
操作系统中，可以使用软件和硬件方法解决临界区的问题， 虽然它们 都可以解决互斥问题， 但是存在一定的缺陷。 于是计算 机科学家们努力寻找其他更有效地方法。 荷兰著名的计算机科学 家 E.W.Dijkstra 提出了一个信号量和 P 、V 操作同步机构。 其基 本原则是在多个相互合作的进程之间使用简单的信号来协调控 制。 1 信号量的含义 信号量被定义为含有整型数据项的结构变量， 其整型值大于 等于零代 表可供并发进程使用的资源个数， 小于零时其绝对值表 示正在等待使用临界资源的进程数。其数据结构表示为： 2 P 、 V 原语的含义 信号量的值可以修改，但只能由P 和V 操作来访问，对信号 量的操作 由P 、V 操作原语来实现。P 操作和V 操作在执行时是 不可中断的过程。 P 操作 P （ s ） 表示申请一个资源，将信号量 s 的整型值减去 1，若结果小 于0则将调用P （s ）的进程插入等待该资源的阻塞队列。 V 操作V （ s ） 表示释放一个资源，将信号量 s 的整型值加上 1，若结果不 大于 0， 则从该资源的阻塞队列首部唤醒一个进程插入到就绪队 操作系统 中 P 、V 操作实现进程的同步与互斥
列中。 P V操作原语是一种阻塞等待的同步原语，若进程通过该 原语的调用而不允许继续执行时，它将被阻塞或挂起，在此期间就没有机会获得CPU执行，直到它被唤醒为止。故可使得进程在 等待进入临界区时，将CPU让给了其他就绪进程执行。而忙等待 的临界区管理法，使得进程在等待进入临界区时，也和其他就绪 进程一起分享CPU的服务。 3P、V操作在进程同步中的意义 进程同步包括进程互斥和进程同步两个方面，进程互斥是同 步的一种特例。用P、V操作解决进程同步问题时首先要分清哪些是互斥问题（互斥访问临界资源的），哪些是同步问题（具有前后执行顺序要求的）。 在互斥问题中，P操作的意义是申请资源，是否能进入临界区；V操作的意义是退出临界区，从而释放资源；通常只设置一个互斥信号量，且初值为1，代表一次只允许一个进程对临界资 源进行访问。在同步问题中，P操作的意义是接受发来的信息、通知，表示可以执行；V操作的意义是发送消息、通知，告知对方。在设置同步信号量时，通常同步信号量的个数与参与同步的进程种类有关，即同步关系涉及几类进程，就有几个同步信号量。 同步信号量表示该进程是否可以开始或该进程是否已经结束。 在每个进程中用于实现互斥的P、V操作必须成对出现；用于实现同步的P、V操作也必须成对出现，但可以分别出现在不
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。这样，pv操 作可以保证在多个进程间对共享资源的合理、有序访问。 四、总结 本文从信号量及其pv操作的物理意义出发，探讨了信号量在操作系统中的重要作用。通过分析信号量的基本概念和物理意义，我们可以清 晰地了解信号量如何控制对共享资源的访问，以及pv操作如何影响系统的进程调度和资源分配。信号量及其pv操作的物理意义对于理解和应用操作系统的进程同步和互斥机制具有重要意义，也为我们深入理
简述信号量的物理意义及其操作 二进制，我们先来了解一下什么是信号量吧！信号量就是数学上一个概念，表示某个集合的元素对于一个标准测试的响应。在计算机系统中，信号量（ Signal Usage，简称PID）的作用就是将系统状态空间转换成与输入相关的状态空间。 1、信号量的物理意义：如果一个信号， X→Y的传输延迟为τ，那么在状态空间X→Y，就是一个带有τ的对于所有测试Y的响应值的集合；而在标准测试状态下的对于所有测试Y的响应值的集合，就是τ。 2、信号量对时间的要求：一般我们都希望能够实现信号量对于时间的定义，即τ∈M。这里， M不仅仅是有限维状态空间，而且也可以是无限维状态空间。 3、信号量的操作，如果τ在时间τ，则τ对于X→Y的操作定义为：对于Y的测试信号的集合所做的测试Y的响应，如果τ已经在时间τ了，那么这些信号的集合对于Y的测试信号就是τ，即τ∈M。 4、信号量对于时间的要求：一般我们都希望能够实现信号量对于时间的定义，即τ∈M。这里， M不仅仅是有限维状态空间，而且也可以是无限维状态空间。对于所有的测试Y，设Y的时间上的观察者的测试延迟τ∈M。则τ：τ→τ的集合，就是τ∈M。 5、信号量对于时间的要求：一般我们都希望能够实现信号量对于时间的定义，即τ∈M。这里， M不仅仅是有限维状态空间，而且也可以是无限维状态空间。如果τ∈M，那么τ对于X→Y的操作定义为：对于Y的测试信号的集合所做的测试Y的响应，如果τ已经在时
间τ了，那么这些信号的集合对于Y的测试信号就是τ，即τ∈M。当τ∈M时，我们说τ对于X→Y的操作的结果就是τ∈M。因此，τ→τ的定义就是τ∈M。 6、常用的信号量及其特性： 1)常量：只包含τ，没有其他字母的信号量，就是常量。 2)变量：如果有一个常量τ∈M，就存在另一个信号量，对于X→Y的操作，使得τ满足τ∈M。这样的信号量就是变量。变量一定是常量。 3)正则表达式的操作：如果有一个正则表达式τ∈M，那么这个正则表达式对于X→Y的操作定义为：τ→τ对于Y的测试信号的集合所做的测试Y的响应。 7、输入和输出量的物理意义：物理量定义为S→P。输入S，将它的值赋给输出P。 8)线性定义： S→P。
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。pv操作可以用于并行计算,例如对多个信号量进行计数和测量,以加快计算速度。 结论 信号量和pv操作是线性代数中的重要概念,它们可以用于计数、测量和同步。它们在实际应用中具有广泛的应用,包括求解线性方程组、图像处理、音频处理和并行计算等。本文简要介绍了信号量和pv操作的定义和特点,并探讨了它们在实际应用中的重要性。
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。通过定义信号量和互斥锁，可以实现读者对共享资源的并发读取，以及写者对共享资源的互斥写入。 总之，信号量和PV操作是操作系统中重要的并发控制机制，用于实现进程间的同步和互斥操作。通过合理地使用信号量和PV操作，可以避免进程间的竞态条件和死锁问题，提高并发处理的效率和正确性。
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.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. 用PV原语实现进程的互斥
由于用于互斥的信号量sem与所有的并发进程有关,所以称之为公有信号量.公有信号量的值反映了公有资源的数量.只要把临界区置于P(sem) 和V (sem)之间,即可实现进程间的互斥.就象火车中的每节车厢只有一个卫生间,该车厢的所有旅客共享这个公有资源:卫生间,所以旅客间必须互斥进入卫生间,只要把卫生间放在P(sem) 和V(sem)之间,就可以到达互斥的效果.以下例子说明进程的互斥实现. 例1 生产围棋的工人不小心把相等数量的黑子和白子混装载一个箱子里,现要用自动分拣系统把黑子和白子分开,该系统由两个并发执行的进程组成,功能如下: (1) 进程A专门拣黑子,进程B专门拣白子; (2) 每个进程每次只拣一个子,当一个进程在拣子时不允许另一个进程去拣子; 分析:第一步:确定进程间的关系.由功能(2)可知进程之间是互斥的关系.第二步: 确定信号量及其值.由于进程A和进程B要互斥进入箱子去拣棋子,箱子是两个进程的公有资源,所以设置一个信号量s,其值取决于公有资源的数目,由于箱子只有一个,s的初值就设为1. 实现:begin s:semaphore; s:=1;
操作系统——关于PV操作 在操作系统的进程管理中，PV是重点和难点。 先来看一下信号量和PV操作的定义： 信号量：信号量是个数据结构。 struct semaphore { int value; pcb *blockqueue; }mutex; 其中value是信号量的值；blockqueue是等待使用该信号量的进程排成的队列的对手指针。 PV操作 p操作：当一个进程对对信号量mutex执行p操作时，执行两个动作： 1mutex.valu–；//申请一个资源 2if (mutex.value<0) //申请失败
sleep(); //本进程进入该信号量等待队列睡眠 v操作：当一个进程对对信号量mutex执行v操作时，执行两个动作： 3mutex.value++；//释放一个资源 4if (mutex.value>=0) //如果有进程在等待使用本进程wakeup(); //从该信号量的等待队列中唤醒一个进程 注：操作系统会保证PV操作的原子性，也就是说当一个进程执行PV 操作，检测信号量时，不受中断。 接下来来看一下PV操作实现的功能： 5实现进程之间的互斥； 6实现进程之间的同步； 区别：互斥是为了保证资源一次只能由一个进程使用；而同步是为了实现进程通信，即传递资源当前的态是否适合一个进程进行使用。 分别看个例子： 1.
互斥：进出教室问题：有一个变量count，初值为0，一个学生进入教室则count++，出教室则count–。 mutex = 1; IN: OUT: p(mutex); p(mutex); count++; count–; v(mutex); v(mutex); 过程：一个学生进入教室执行IN，p操作，mutex.value = 0；假设在进行count++之前遇到了中断，而中断之后跳回来时正好这个学生又在出教室，那么这时候就会执行OUT，mutex.value = -1，该OUT进程进入睡眠，返回IN进程，count = 1，v操作，mutex.value = 0（说明有等待使用count的进程）；唤醒OUT进程，count = 0，v操作，mutex.value = 1。 注意上面划线部分的假设。PV操作在这就是为了保证这种竞争情况的发生。 2. 同步： 桌上有一空盘，允许存放一只水果。爸爸可向盘中放苹果，也可向盘中放桔子，儿子专等吃盘中的桔子，女儿专等吃盘中的苹果。规定当
信号量及P、V操作练习 （进程互斥实例）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。出口入结账，并归还篮子（出、入口禁止多人同时通过）。试用信号量和P、V操作写出购物物者的同步算法。 考虑：1、出、入口合一；2、出、入口分开。 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） （生产者消费者问题实例）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和桔子，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者取用。 要求：试用信号量和P、V操作实现爸爸、儿子和女如鱼得水这三个循环进程之间的同步。 一、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）； 二、 ●Semaphore S=1,S1=S2=0; ●void father（） ●{ ●while(1) ●{ ●准备苹果;
1962年，狄克斯特拉(Edsgar Wybe Dijkstra)离开数学中心进入位于荷兰南部的艾恩德霍芬技术大学(Eindhoven Technical University)任数学教授。在这里，他参加了X8计算机的开发，设计与实现了具有多道程序运行能力的操作系统——THE Multiprogramming Sys tem。THE是艾恩德霍芬技术大学的荷兰文Tchnische Hoogeschool Eindhov –en的词头缩写。狄克斯特拉在THE这个系统中所提出的一系统方法和技术奠定了计算机现代操作系统的基础，尤其是关于多层体系结构，顺序进程之间的同步和互斥机制这样一些重要的思想和概念都是狄克斯特拉在THE中首先提出并为以后的操作系统如UNIX等所采用的。 为了在单处理机的情况下确定进程(process)能否占有处理机，狄克斯特拉将每个进程分为―就绪‖(ready)、―运行‖(running)和―阻塞‖(blocking)三个工作状态。由于在任一时刻最多只有一个进程可以使用处理机， 正占用着处理机的进程称为―运行‖进程。 当某进程已具备了使用处理机的条件，而当前又没有处理机供其使用，则使该进程处于―就绪‖状态。 当运行进程由于某种原因无法继续运行下去时，就停止其占用处理机，使之进入―阻塞‖状态，待造成其退出运行的条件解除，再进入―就绪‖状态。 而对系统中所有同时运行的进程，在一个进程访问共享数据时，另一个进程不访问该数据和互斥（mutually- exclusive，指两个进程不能同时在一个临界区中使用同一个可重复使用的资源，诸如读写缓冲区）两个关系，狄克斯特拉巧妙地利用火车运行控制系统中的―信号灯‖(semaphore，或叫‖信号量‖)概念加以解决。所谓信号灯，实际上就是用来控制进程状态的一个代表某一资源的存储单元。例如，P1和P2是分别将数据送入缓冲B和从缓冲B读出数据的两个进程，为了防止这两个进程并发时产生错误，狄克斯特拉设计了一种同步机制叫―PV操作‖，P操作和V操作是执行时不被打断的两个操作系统原语。 执行P操作P（S）时信号量S的值减1，若结果不为负则P（S）执行完毕，否则执行P操作的进程暂停以等待释放。 执行V操作V（S）时，S的值加1，若结果不大于0则释放一个因执行P（S）而等待的进程。 对P1和P2可定义两个信号量S1和S2，初值分别为1和0。进程P1在向缓冲B送入数据前执行P操作P（S1），在送入数据后执行V操作V（S2）。进程P2在从缓冲B读取数据前先执行P操作P（S2），在读出数据后执行V操作V（S1）。当P1往缓冲B送入一数据后信号量S1之值变为0，在该数据读出后S1之值才又变为1，因此在前一数未读出前后一数不会送入，从而保证了P1和P2之间的同步。我国读者常常不明白这一同步机制为什么叫PV操作，原来这是狄克斯特拉用荷兰文定义的，因为在荷兰文中，通过叫passere n，释放叫vrijgeven，PV操作因此得名。这是在计算机术语中不是用英语表达的极少数的例子之一。 信号量 信号量是最早出现的用来解决进程同步与互斥问题的机制， 包括一个称为信号量的变量及对它进行的两个原语操作。 一. 信号量的概念 1．信号量的类型定义 每个信号量至少须记录两个信息：信号量的值和等待该信号量的进程队列。它的类型定义如下：（用类PASCAL语言表述） semaphore = record
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。
⏹理发师问题：一个理发店由一间等候室W和一间工作室B组成。顾客可以 从外面大街上进入W等候理发。两个房间的入口是并排的，且共享一扇日本式可滑动的推拉门(门总是挡住一个入口)。顾客在工作室内理完发，可由B 的旁门出去。W中有N把椅子，顾客必须坐着等候。理发师可由门上小窗查看W中无人就睡觉，否则开门，并叫一位顾客入内理发。顾客每进入一位，都拉铃通知理发师。若把顾客和理发师都视为进程，请用P、V操作写出进程的同步算法。 ⏹要求打印： 题目中要求描述理发师和顾客的行为，因此需要两类线程barber()和customer ()分别描述理发师和顾客的行为。其中，理发师有活动有理发和睡觉两个事件；等待和理发二个事件。店里有固定的椅子数，上面坐着等待的顾客，顾客在到来这个事件时，需判断有没有空闲的椅子，理发师决定要理发或睡觉时，也要判断椅子上有没有顾客。所以，顾客和理发师之间的关系表现为： （1）理发师和顾客之间同步关系：当理发师睡觉时顾客近来需要唤醒理发师为其理发，当有顾客时理发师为其理发，没有的时候理发师睡觉。 （2）理发师和顾客之间互斥关系：由于每次理发师只能为一个人理发，且可供等侯的椅子有限只有n把，即理发师和椅子是临界资源，所以顾客之间是互斥的关系。 （3）故引入3个信号量和一个控制变量： ⅰ控制变量waiting用来记录等候理发的顾客数，初值为0； ⅱ信号量customers用来记录等候理发的顾客数，并用作阻塞理发师进程，初值为0； ⅲ信号量barbers用来记录正在等候顾客的理发师数，并用作阻塞顾客进程，初
值为1；ⅳ信号量mutex用于互斥，初值为1 using System; using System.Collections.Generic; using System.Text; using System.Threading; namespace理发师问题2 { internal class Program { // Fields private static Semaphore barbers = new Semaphore(1, 10); private static int chairs; private static int count = 0; private static Semaphore customers = new Semaphore(0, 10); private static int finish = 0; private static Semaphore mtx = new Semaphore(1, 10); private static int waiting = 0; // Methods public static void barber() { while (true) { customers.WaitOne(); mtx.WaitOne(); waiting--; barbers.Release(); mtx.Release(); cuthair(); finish++; } } public static void customer() { mtx.WaitOne(); count++;
？？？信号量的PV操作是如何定义的？试说明信号量的PV操作的物理意义。 参考答案：P（S）：将信号量S减1，若结果大于或等于0，则该进程继续执行；若结果小于0，则该进程被阻塞，并将其插入到该信号量的等待队列中，然后转去调度另一进程。 V（S）：将信号量S加1，若结果大于0，则该进程继续执行；若结果小于或等于0，则从该信号量的等待队列中移出一个进程，使其从阻塞状态变为就绪状态，并插入到就绪队列中，然后返回当前进程继续执行。 PV操作的物理含义：信号量S值的大小表示某类资源的数量。当S>0时，其值表示当前可供分配的资源数目；当S<0时，其绝对值表示S信号量的等待队列中的进程数目。每执行一次P操作，S值减1，表示请求分配一个资源，若S≥0，表示可以为进程分配资源，即允许进程进入其临界区；若S<0，表示已没有资源可供分配，申请资源的进程被阻塞，并插入S的等待队列中，S的绝对值表示等待队列中进程的数目，此时CPU将重新进行调度。每执行一次V操作，S值加1，表示释放一个资源，若S>0，表示等待队列为空；若S≤0，则表示等待队列中有因申请不到相应资源而被阻塞的进程，于是唤醒其中一个进程，并将其插入就绪队列。无论以上哪种情况，执行V操作的进程都可继续运行。 1、设公共汽车上，司机和售票员的活动分别是： 司机的活动：启动车辆； 正常行车； 到站停车； 售票员的活动： 关车门； 售票； 开车门； 在汽车不断地到站、停车、行驶过程中，这两个活动有什么同步关系？用P、V操作实现它们的同步。 设两个信号量S和C，初值为S＝0；C＝0； 司机：L1：正常行车售票员：L2：售票 到站停车P（S） V（S）开车门 P（C）关车门 启动开车V（C） GO TO L1 GO TO L2 2、请用PV操作实现他们之间的同步关系： （1）桌上一个盘子，只能放一只水果。爸爸放苹果，妈妈放桔子，儿子只吃桔子，女儿只吃苹果。 （2）桌上一个盘子，只能放一只水果。爸爸放苹果，妈妈放桔子，儿子吃桔子、苹果。 参考答案： 第一步：确定进程 4个进程Father（爸爸）、Mother（妈妈）、Son（儿子）、Daughter（女儿） Father进程： 将苹果放入盘中