PV原语总结
PV原语通过操作信号量来处理进程间的同步与互斥的问题。其核心就是一段不可分割不可中断的程序。 信号量的概念1965年由著名的荷兰计算机科学家Dijkstra提出，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。有两种实现方式：1）semaphore的取值必须大于或等于0。0表示当前已没有空闲资源，而正数表示当前空闲资源的数量；2）semaphore的取值可正可负，负数的绝对值表示正在等待进入临界区的进程个数。
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。
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；
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。
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；
下面用几个例子来具体说明：
例1：某超市门口为顾客准备了100辆手推车，每位顾客在进去买东西时取一辆推车，在买完东西结完帐以后再把推车还回去。试用P、V操作正确实现顾客进程的同步互斥关系。
分析：把手推车视为某种资源，每个顾客为一个要互斥访问该资源的进程。因此这个例子为PV原语的第二种应用类型。
解：semaphore S_CartNum; // 空闲的手推车数量，初值为100 void consumer(void) // 顾客进程{ P(S_CartNum); 买东西； 结帐；
V(S_CartNum); }
例2：桌子上有一个水果盘，每一次可以往里面放入一个水果。爸爸专向盘子中放苹果，儿子专等吃盘子中的苹果。把爸爸、儿子看作二个进程，试用P、V操作使这四个进程能正确地并发执行。 分析：爸爸和儿子两个进程相互制约，爸爸进程执行完即往盘中放入苹果后，儿子进程才能执行即吃苹果。因此该问题为进程间的同步问题。
解：semaphore S_PlateNum; // 盘子容量，初值为1 semaphore S_AppleNum; // 苹果数量，初值为0 void father( ) // 父亲进程{ while(1) {
P(S_PlateNum);
往盘子中放入一个苹果； V(S_AppleNum); } }
void son( ) // 儿子进程{ while(1) {
P(S_AppleNum);
从盘中取出苹果； V(S_PlateNum); 吃苹果； } }
另附用PV原语解决进程同步与互斥问题的例子:
经典IPC问题如：生产者－消费者，读者－写者，哲学家就餐，睡着的理发师等可参考相关教材。 一、两个进程PA、PB通过两个FIFO（先进先出）缓冲区队列连接（如图） PA PB Q1 Q2
PA从Q2取消息，处理后往Q1发消息，PB从Q1取消息，处理后往Q2发消息，每个缓冲区长度等于传送消息长度. Q1队列长度为n，Q2队列长度为m. 假设开始时Q1中装满了消息，试用P、V操作解决上述进程间通讯问题。
解：// Q1队列当中的空闲缓冲区个数，初值为0 semaphore S_BuffNum_Q1;
// Q2队列当中的空闲缓冲区个数，初值为m semaphore S_BuffNum_Q2;
// Q1队列当中的消息数量，初值为n semaphore S_MessageNum_Q1;
// Q2队列当中的消息数量，初值为0 semaphore S_MessageNum_Q2; void PA( ) { while(1) {
P(S_MessageNum_Q2); 从Q2当中取出一条消息； V(S_BuffNum_Q2); 处理消息；
生成新的消息； P(S_BuffNum_Q1); 把该消息发送到Q1当中； V(S_MessageNum_Q1); } }
void PB( ) { while(1) {
P(S_MessageNum_Q1); 从Q1当中取出一条消息； V(S_BuffNum_Q1); 处理消息； 生成新的消息； P(S_BuffNum_Q2); 把该消息发送到Q2当中； V(S_MessageNum_Q2); } }
二、《操作系统》课程的期末考试即将举行，假设把学生和监考老师都看作进程，学生有N人，教师1人。考场门口每次只能进出一个人，进考场的原则是先来先进。当N个学生都进入了考场后，教师才能发卷子。学生交卷后即可离开考场，而教师要等收上来全部卷子并封装卷子后才能离开考场。 (1)问共需设置几个进程?
(2)请用P、V操作解决上述问题中的同步和互斥关系。 解：semaphore S_Door; // 能否进出门，初值1
semaphore S_StudentReady; // 学生是否到齐，初值为0 semaphore S_ExamBegin; // 开始考试，初值为0 semaphore S_ExamOver; // 考试结束，初值为0 int nStudentNum = 0; // 学生数目
semaphore S_Mutex1 //互斥信号量，初值为1
int nPaperNum = 0; // 已交的卷子数目 semaphore S_Mutex2 //互斥信号量，初值为1 void student( ) {
P(S_Door);
进门； V(S_Door); P(S_Mutex1)；
nStudentNum ++; // 增加学生的个数 if(nStudentNum == N) V(S_StudentReady); V(S_Mutex1);
P(S_ExamBegin); // 等老师宣布考试开始 考试中? 交卷； P(S_Mutex2)；
nPaperNum ++; // 增加试卷的份数 if(nPaperNum == N) V(S_ExamOver); V(S_Mutex2); P(S_Door); 出门； V(S_Door); }
void teacher( ) {
P(S_Door);
进门； V(S_Door);
P(S_StudentReady)；//等待最后一个学生来唤醒 发卷子
for(i = 1; i <= N; i++) V(S_ExamBegin);
P(S_ExamOver); // 等待考试结束 封装试卷； P(S_Door);