PV操作（原语）及相关概念以及常见疑问

写在前面：

三态模型中进程分为就绪、运行和阻塞三个工作状态。三种状态在某些条件下可以转换，三者之间的转换关系如下：

进程三个状态之间的转换就是靠PV操作来控制的。PV操作（PV原语）实质就是一个都对临界资源进行加锁的机制，使得许多进程可以对临界资源进行互斥的访问。主要涉及P操作、V操作和信号量。其中信号量起到了至关重要的作用。

原语：

是由若干条指令组成的，用于完成一定功能的一个过程。primitive or atomic action
是由若干个机器指令构成的完成某种特定功能的一段程序，具有不可分割性·即原语的执行必须是连续的，在执行过程中不允许被中断。

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（可以把信号量视为一个加锁标志位，实现对临界资源互斥的访问）。　

信号量（Saphore）由一个值和一个指针组成，指针指向等待该信号量的进程。信号量的值表示相应资源的使用情况。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资源，因此S的值减1；当S<0时，表示已经没有可用资源，S的绝对值表示当前等待该资源的进程数。请求者必须等待其他进程释放该类资源，才能继续运行。而执行一个V操作意味着释放一个资源，因此S的值加1；若S<0，表示正在等待该资源的进程的资源个数。因此要唤醒一个等待状态的进程，使之运行下去。

注意，信号量的值只能由PV操作来改变。

P原语（申请资源）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（释放资源）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（表明有进程阻塞在该类资源上），则从该信号的等待队列中唤醒一等待进程（从阻塞队列里唤醒一个进程来“转手”该类资源，唤醒了就意味着可以干活了），然后再返回原进程继续执行或转进程调度。
注意：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。

PV原语的执行顺序：

1. 执行P操作，信号量减一；
2. 然后进行对共享资源的访问；
3. V操作，信号量加一。

PV原语是如何实现互斥访问的：

首先设初始的信号量值为1，进程A要进入临界区（每个进程中访问临界资源——（一次仅允许一个进程使用的资源）的程序段）。

a. 进程A先执行P操作，信号量-1变成0，进入临界区。

b. 此时进程B要进入临界区，执行P操作，信号量变成-1，进程B阻塞。

c. 进程A访问临界区之后，执行V操作，信号量加一，变成0。唤醒阻塞进程B，于是B进入临界区，执行完毕后执行V操作，信号量+1，变成1。

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关于PV操作容易产生的一些疑问：

1，S大于0那就表示有临界资源可供使用，为什么不唤醒进程？

S大于0的确表示有临界资源可供使用，也就是说这个时候没有进程被阻塞在这个资源上，所以不需要唤醒。

2，S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？

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S加1，以通知其它的进程，这个时候如果S<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，有两个某类资源，四个进程A、B、C、D要用该类资源，最开始S=2，当A进入，S=1，当B进入S=0，表明该类资源刚好用完， 当C进入时S=-1，表明有一个进程被阻塞了，D进入，S=-2。当A用完该类资源时，进行V操作，S=-1，释放该类资源，因为S<0，表明有进程阻塞在该类资源上，于是唤醒一个。

3，如果是互斥信号量的话，应该设置信号量S=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？

当一个进程阻塞了的时候，它已经执行过了P操作，并卡在临界区那个地方。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。

4，S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？

当信号量S小于0时，其绝对值表示系统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。

转自：http://blog.csdn.net/liushuijinger/article/details/7586656