最近在準(zhǔn)備軟考的時(shí)候看到關(guān)于PV操作的相關(guān)指示點(diǎn)，這里就做個(gè)記錄，希望對(duì)大家有一定的幫助。最開(kāi)始我很好奇這個(gè)PV名字來(lái)源，問(wèn)了好多大佬都不是很清楚，上網(wǎng)一查還覺(jué)得挺好玩，它是由老外提出來(lái)的狄克斯特拉用荷蘭文定義的，因?yàn)樵诤商m文中，通過(guò)叫passeren，釋放叫vrijgeven，PV操作因此得名。

為了在單處理機(jī)的情況下確定進(jìn)程(process）能否占有處理機(jī)，狄克斯特拉將每個(gè)進(jìn)程分為“就緒”(ready)、“運(yùn)行”(running)和“阻塞”(blocking)三個(gè)工作狀態(tài)。由于在任一時(shí)刻最多只有一個(gè)進(jìn)程可以使用處理機(jī)，正占用著處理機(jī)的進(jìn)程稱(chēng)為“運(yùn)行”進(jìn)程。當(dāng)某進(jìn)程已具備了使用處理機(jī)的條件，而當(dāng)前又沒(méi)有處理機(jī)供其使用，則使該進(jìn)程處于“就緒”狀態(tài)。當(dāng)運(yùn)行進(jìn)程由于某種原因無(wú)法繼續(xù)運(yùn)行下去時(shí)，就停止其占用處理機(jī)，使之進(jìn)入“阻塞”狀態(tài)，待造成其退出運(yùn)行的條件解除，再進(jìn)入“就緒”狀態(tài)。而對(duì)系統(tǒng)中所有同時(shí)運(yùn)行的進(jìn)程之間所存在的相互制約的同步(synchronization，指為了避免錯(cuò)誤，在一個(gè)進(jìn)程訪問(wèn)共享數(shù)據(jù)時(shí)，另一個(gè)進(jìn)程不訪問(wèn)該數(shù)據(jù))和互斥(mutually-exclusive，指兩個(gè)進(jìn)程不能同時(shí)在一個(gè)臨界區(qū)中使用同一個(gè)可重復(fù)使用的資源，諸如讀寫(xiě)緩沖區(qū))兩個(gè)關(guān)系，狄克斯特拉巧妙地利用火車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)中的“信號(hào)燈”(semaphore，或叫“信號(hào)量”)概念加以解決。

用PV操作來(lái)管理共享資源時(shí)，首先要確保PV操作自身執(zhí)行的正確性。由于P(S)和V(S)都是在同一個(gè)信號(hào)量S上操作，為了使得它們?cè)趫?zhí)行時(shí)不發(fā)生因交叉訪問(wèn)信號(hào)量S而可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤，約定P(S)和V(S)必須是兩個(gè)不可被中斷的過(guò)程，即讓它們?cè)谄帘沃袛嘞聢?zhí)行。把不可被中斷的過(guò)程稱(chēng)為原語(yǔ)。于是，P操作和V操作實(shí)際上應(yīng)該是P操作原語(yǔ)和V操作原語(yǔ)。

P操作的主要?jiǎng)幼魇牵?/p>

①S減1；

②若S減1后仍大于或等于0，則進(jìn)程繼續(xù)執(zhí)行；

③若S減1后小于0，則該進(jìn)程被阻塞后放入等待該信號(hào)量的等待隊(duì)列中，然后轉(zhuǎn)進(jìn)程調(diào)度。

V操作的主要?jiǎng)幼魇牵?/p>

①S加1；

②若相加后結(jié)果大于0，則進(jìn)程繼續(xù)執(zhí)行；

③若相加后結(jié)果小于或等于0，則從該信號(hào)的等待隊(duì)列中釋放一個(gè)等待進(jìn)程，然后再返回原進(jìn)程繼續(xù)執(zhí)行或轉(zhuǎn)進(jìn)程調(diào)度。

PV操作對(duì)于每一個(gè)進(jìn)程來(lái)說(shuō)，都只能進(jìn)行一次，而且必須成對(duì)使用。在PV原語(yǔ)執(zhí)行期間不允許有中斷發(fā)生。原語(yǔ)不能被中斷執(zhí)行，因?yàn)樵Z(yǔ)對(duì)變量的操作過(guò)程如果被打斷，可能會(huì)去運(yùn)行另一個(gè)對(duì)同一變量的操作過(guò)程，從而出現(xiàn)臨界段問(wèn)題。如果能夠找到一種解決臨界段問(wèn)題的元方法，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)共享變量操作的原子性。

事實(shí)上，PV操作不僅是實(shí)現(xiàn)進(jìn)程互斥的有效工具，而且還是一個(gè)簡(jiǎn)單而方便的同步工具。用一個(gè)信號(hào)量與一個(gè)消息聯(lián)系起來(lái)，信號(hào)量的值為0表示期望的消息尚未產(chǎn)生；信號(hào)量的值為非0表示期望的消息已經(jīng)存在。假定用信號(hào)量S表示某個(gè)消息，現(xiàn)在來(lái)看看怎樣用PV操作達(dá)到進(jìn)程同步的目的。

(1)調(diào)用P操作測(cè)試消息是否到達(dá)

任何進(jìn)程調(diào)用P操作可測(cè)試到自己所期望的消息是否已經(jīng)到達(dá)。若消息尚未產(chǎn)生，則S=0，調(diào)用P(s)后，P(S)一定讓調(diào)用者成為等待信號(hào)量S的狀態(tài)，即調(diào)用者此時(shí)必定等待直到消息到達(dá)；若消息已經(jīng)存在，則S≠0，調(diào)用P(S)后，進(jìn)程不會(huì)成為等待狀態(tài)而可繼續(xù)執(zhí)行，即進(jìn)程測(cè)試到自己期望的消息已經(jīng)存在。

(2)調(diào)用V操作發(fā)送消息

任何進(jìn)程要向其他進(jìn)程發(fā)送消息時(shí)可調(diào)用V操作。若調(diào)用V操作之前S=0，表示消息尚未產(chǎn)生且無(wú)等待消息的進(jìn)程，則調(diào)用V(S)后，V(s)執(zhí)行S:=S+1使S≠0，即意味著消息已存在；若調(diào)用V操作之前S<0，表示消息未產(chǎn)生前已有進(jìn)程在等待消息，則調(diào)用V(S)后將釋放一個(gè)等待消息者，即表示該進(jìn)程等待的消息已經(jīng)到達(dá)，可以繼續(xù)執(zhí)行。 [1]?

在用PV操作實(shí)現(xiàn)同步時(shí)，一定要根據(jù)具體的問(wèn)題來(lái)定義信號(hào)量和調(diào)用P操作或V操作。一個(gè)信號(hào)量與一個(gè)消息聯(lián)系在一起，當(dāng)有多個(gè)消息時(shí)必須定義多個(gè)信號(hào)量；測(cè)試不同的消息是否到達(dá)或發(fā)送不同的消息時(shí)，應(yīng)對(duì)不同的信號(hào)量調(diào)用P操作或V操作。

實(shí)現(xiàn)進(jìn)程互斥

用PV操作可實(shí)現(xiàn)并發(fā)進(jìn)程的互斥，其步驟如下：

(1)設(shè)立一個(gè)互斥信號(hào)量S，表示臨界區(qū)，其取值為1，0，-1，…其中，S=1表示無(wú)并發(fā)進(jìn)程進(jìn)入S臨界區(qū)；S=0表示已有一個(gè)并發(fā)進(jìn)程進(jìn)入了S臨界區(qū)；S等于負(fù)數(shù)表示已有一個(gè)并發(fā)進(jìn)程進(jìn)入S臨界區(qū)，且有|S|個(gè)進(jìn)程等待進(jìn)入S臨界區(qū)，S的初值為1。

(2)用PV操作表示對(duì)S臨界區(qū)的申請(qǐng)和釋放。在進(jìn)入臨界區(qū)之前，通過(guò)P操作進(jìn)行申請(qǐng)，在退出臨界區(qū)之后，通過(guò)V操作釋放。

審核編輯：湯梓紅