p,v原语(2)

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；

    }
}