操作系统中PV操作

操作系统的进程管理中，PV是重点和难点。
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。
p操作：当一个进程对信号量mutex执行p操作时，执行两个动作：
mutex.valu–；        //申请一个资源
if (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：当一个进程对信号量mutex执行v操作时，执行两个动作：
mutex.value++；       //释放一个资源
if (mutex.value>=0)   //如果有进程在等待信号量
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：
实现进程之间的互斥； 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，互斥进程彼此在逻辑上是完全无关的，它们的运的运行不具有时间次序的特征。而同步是为了实现进程通信，同步进程之间具有合作关系，在执行时间上须按照一定顺序协同进行。

 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。规定当盘空时一次只能放一只水果供吃者取用，请用P、V原语实现爸爸、儿子、女儿三个并发进程的同步。
分析：在本题中，爸爸、儿子、女儿共用一个盘子，盘中一次只能放一个水果。当盘子为空时，爸爸可将一个水果放入果盘中。若放入果盘中的是桔子，则允许儿子吃，女儿必须等待；若放入果盘中的是苹果，则允许女儿吃，儿子必须等待。本题实际上是生产者-消费者问题的一种变形。这里，生产者放入缓冲区的产品有两类，消费者也有两类，每类消费者只消费其中固定的一类产品。
解：在本题中，应设置三个信号量S、So、Sa，信号量S表示盘子是否为空，其初值为l；信号量So表示盘中是否有桔子，其初值为0；信号量Sa表示盘中是否有苹果，其初值为0。同步描述如下：
int S＝1;int Sa＝0;int So＝0;
main()
{cobegin
father();
son();
daughter();
coend
｝
father()
{while(1)
{P(S);
将水果放入盘中;
if（放入的是桔子）V(So);
else V(Sa);
}
}
son()
{while(1)
{P(So);
从盘中取出桔子;
V(S);
吃桔子;
｝
}
daughter()
{while(1)
{P(Sa);
从盘中取出苹果;
V(S);
吃苹果;
｝
｝
一些问题：为什么要设计三个信号量？因为这里盘子的状态有三种情况。所以在PV操作用在同步的时候，资源都多少种状态，就应该有多少个信号量（高并发的不一定好，需要更多的信号量，这样消耗系统的资源就更多）。还有，有没有留意到，每一次“吃”的操作都是在V操作之后进行，这是为什么呢？这是因为V操作是释放资源的一个操作，当然是越早释放对系统越有利啊。