信号量与PV操作

Posted 紫陀螺Echo

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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了信号量与PV操作相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

在操作系统中进程之间经常会存在互斥和同步两种关系。为了有效处理这种情况,W.Dijskra在1965年提出信号量和PV操作的概念
(1)信号量:一种特殊的变量,表现形式是一个整型S和一个队列
(2)P操作:也成为“down()和wait()操作”,使S=S-1,若S<0,进程暂停执行并放入信号量的等待队列。
(3)V操作,也称为“up()和signal()操作”,使S=S+1,若S<=0,唤醒等待队列中的一个进程。

PV操作属于进程的低级通信。

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。

 

生产者与消费者问题
经典例子
【例1】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(); /*父亲进程*/
  son(); /*儿子进程*/
  daughter(); /*女儿进程*/
  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;
    }
  }


父亲为生产者,女儿,儿子为消费者,父亲与女儿,儿子的关系为对应的同步关系。
而当某个东西存在,而另一个东西不能进行时,则为互斥

 

如下
思考题:

四个进程A、B、C、D都要读一个共享文件F,系统允许多个进程同时读文件F。但限制是进程A和进程C不能同时读文件F,进程B和进程D也不能同时读文件F。为了使这四个进程并发执行时能按系统要求使用文件,现用PV操作进行管理,请回答下面的问题:
(1)应定义的信号量及初值: 。
(2)在下列的程序中填上适当的P、V操作,以保证它们能正确并发工作:
A()      B()       C()      D()
{      {       {                 {
[1];      [3];      [5];      [7];
read F;    read F;     read F;    read F;
[2];     [4];        [6];      [8];
}        }       }        }


思考题解答:

(1)定义二个信号量S1、S2,初值均为1,即:S1=1,S2=1。其中进程A和C使用信号量S1,进程B和D使用信号量S2。
(2)从[1]到[8]分别为:P(S1) V(S1) P(S2) V(S2) P(S1) V(S1) P(S2) V(S2)

进程A和进程C不能同时读文件F,进程B和进程D也不能同时读文件F 这个是互斥


另附用PV原语解决进程同步与互斥问题的例子:
经典IPC问题如:生产者-消费者,读者-写者,哲学家就餐,睡着的理发师等可参考相关教材。

以上是关于信号量与PV操作的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章

信号量与PV操作

信号量和PV操作

PV操作

进程相互作用之信号量PV操作及其代码实现

进程的互斥与同步及信号量的PV操作

简单计算机操作系统PV操作求步骤