pv原语的定义及解释理解

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.

具体理解：

       在计算机操作系统中，PV操作是进程管理中的难点。P,V原语中P是荷兰语的Passeren，相当于英文的pass, V是荷兰语的Verhoog,相当于英文中的increment。

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。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PV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。

    使用PV操作实现进程同步时应该注意的是：

 

    （1）分析进程间的制约关系，确定信号量种类。在保持进程间有正确的同步关系情况下，哪个进程先执行，哪些进程后执行，彼此间通过什么资源（信号量）进行协调，从而明确要设置哪些信号量。

    （2）信号量的初值与相应资源的数量有关，也与P、V操作在程序代码中出现的位置有关。

    （3）同一信号量的P、V操作要成对出现，但它们分别在不同的进程代码中。