PV操作的含義

　　PV操作由P操作原語和V操作原語組成（原語是不可中斷的過程），對信號量進行操作，具體定義如下：
　P（S）：①將信號量S的值減1，即S=S-1；
　　 ②如果S>=0，則該進程繼續執行；否則該進程置為等待狀態，排入等待隊列。
V（S）：①將信號量S的值加1，即S=S+1；
　　 ②如果S>0，則該進程繼續執行；否則釋放隊列中第一個等待信號量的進程。
PV操作的意義：我們用信號量及PV操作來實現進程的同步和互斥。PV操作屬於進程的低級通信。

什麽是信號量？

　　信號量（semaphore）的數據結構為一個值和一個指針，指針指向等待該信號量的下一個進程。

利用信號量和PV操作實現進程互斥的一般模型是：
　　進程P1 進程P2 …… 進程

其中信號量S用於互斥，初值為1。

　臨界區：就是進程訪問臨界資源的那段代碼。

使用PV操作實現進程互斥時應該註意的是：
（1）每個程序中用戶實現互斥的P、V操作必須成對出現，先做P操作，進臨界區，後做V操作，出臨界區。若有多個分支，要認真檢查其成對性。
（2）P、V操作應分別緊靠臨界區的頭尾部，臨界區的代碼應盡可能短，不能有死循環。
（3）互斥信號量的初值一般為1。

利用信號量和PV操作實現進程同步

　　下面是一張同步的圖：

　　這張圖也特別的形象具體，我們具體來看看這張圖，A倉庫有貨物，然後我們需要把貨物搬運到B倉庫，由搬運工甲和搬運工乙來完成這個過程；那麽他們的目標就只有一個，就是把貨物從A搬到B去，共同奔著這個方向去發展，所以我們說這是一個同步的問題。

　　PV操作是典型的同步機制之一。用一個信號量與一個消息聯系起來，當信號量的值為0時，表示期望的消息尚未產生；當信號量的值非0時，表示期望的消息已經存在。用PV操作實現進程同步時，調用P操作測試消息是否到達，調用V操作發送消息。
使用PV操作實現進程同步時應該註意的是：

（1）分析進程間的制約關系，確定信號量種類。在保持進程間有正確的同步關系情況下，哪個進程先執行，哪些進程後執行，彼此間通過什麽資源（信號量）進行協調，從而明確要設置哪些信號量。
（2）信號量的初值與相應資源的數量有關，也與P、V操作在程序代碼中出現的位置有關。
（3）同一信號量的P、V操作要成對出現，但它們分別在不同的進程代碼中。

示例

【例1】生產者-消費者問題

　　在多道程序環境下，進程同步是一個十分重要又令人感興趣的問題，而生產者-消費者問題是其中一個有代表性的進程同步問題。下面我們給出了各種情況下的生產者-消費者問題，深入地分析和透徹地理解這個例子，對於全面解決操作系統內的同步、互斥問題將有很大幫助。

　　（1）一個生產者，一個消費者，公用一個緩沖區。
　　　　定義兩個同步信號量：
　　　　　　empty——表示緩沖區是否為空，初值為1。
　　　　　full——表示緩沖區中是否為滿，初值為0。
　　　　生產者進程
　　　　　　while(TRUE){
　　　　　　　　生產一個產品;
　　　　　　 P(empty);
　　　　　　 產品送往Buffer;
　　　　　　 V(full);
　　　　　　}
　　　　消費者進程
　　　　　　while(True){
　　　　　　　　P(full);
　　　　　　　 從Buffer取出一個產品;
　　　　　　　V(empty);
　　　　　　　消費該產品;
　　　　　}
　 （2）一個生產者，一個消費者，公用n個環形緩沖區。
　　　　定義兩個同步信號量：
　　　　　　empty——表示緩沖區是否為空，初值為n。
　　　　　　full——表示緩沖區中是否為滿，初值為0。

　　　 設緩沖區的編號為1～n-1，定義兩個指針in和out，分別是生產者進程和消費者進程使用的指，指向下一個可用的緩沖區。

　　生產者進程
　　　　while(TRUE){
　　　　生產一個產品;
　　　　P(empty);
　　　　產品送往buffer（in）；
　　　　in=(in+1)mod n；
　　　　V(full);
　　}

　　消費者進程
　　　　while(TRUE){
　　　　　P(full);
　　　　 從buffer（out）中取出產品；
　　　　 out=(out+1)mod n；
　　　　 V(empty);
　　　　消費該產品;
　　 }
（3）一組生產者，一組消費者，公用n個環形緩沖區
　在這個問題中，不僅生產者與消費者之間要同步，而且各個生產者之間、各個消費者之間還必須互斥地訪問緩沖區。

　　定義四個信號量：
　　　　empty——表示緩沖區是否為空，初值為n。
　　　　full——表示緩沖區中是否為滿，初值為0。
　　　　mutex1——生產者之間的互斥信號量，初值為1。
　　　　mutex2——消費者之間的互斥信號量，初值為1。

設緩沖區的編號為1～n-1，定義兩個指針in和out，分別是生產者進程和消費者進程使用的指針，指向下一個可用的緩沖區。
　　生產者進程
　　　　while(TRUE){
　　　　生產一個產品;
　　　　P(empty);
　　　　P(mutex1)；
　　　　產品送往buffer（in）；
　　　　in=(in+1)mod n；
　　　　V(mutex1);
　　 　　V(full);
　　　　}
　　消費者進程
　　　　while(TRUE){

　　　　　P(full)
　　　　P(mutex2)；
　　 　　從buffer（out）中取出產品；
　　　　out=(out+1)mod n；
　　　　V（mutex2）；
　　 　　V(empty);
　　 　　消費該產品;
　　 }
　 需要註意的是無論在生產者進程中還是在消費者進程中，兩個P操作的次序不能顛倒。應先執行同步信號量的P操作，然後再執行互斥信號量的P操作，否則可能造成進程死鎖。

【例2】桌上有一空盤，允許存放一只水果。爸爸可向盤中放蘋果，也可向盤中放桔子，兒子專等吃盤中的桔子，女兒專等吃盤中的蘋果。規定當盤空時一次只能放一只水果供吃者取用，請用P、V原語實現爸爸、兒子、女兒三個並發進程的同步。

分析 在本題中，爸爸、兒子、女兒共用一個盤子，盤中一次只能放一個水果。當盤子為空時，爸爸可將一個水果放入果盤中。若放入果盤中的是桔子，則允許兒子吃，女兒必須等待；若放入果盤中的是蘋果，則允許女兒吃，兒子必須等待。本題實際上是生產者-消費者問題的一種變形。這裏，生產者放入緩沖區的產品有兩類，消費者也有兩類，每類消費者只消費其中固定的一類產品。

解：在本題中，應設置三個信號量S、So、Sa，信號量S表示盤子是否為空，其初值為l；信號量So表示盤中是否有桔子，其初值為0；信號量Sa表示盤中是否有蘋果，其初值為0。同步描述如下：
int S＝1;
int Sa＝0;
int So＝0;
main()
{
cobegin
father(); /*父親進程*/
son(); /*兒子進程*/
daughter(); /*女兒進程*/
coend
｝
father()
{
while(1)
{
P(S);
將水果放入盤中;
if（放入的是桔子）V(So);
else V(Sa);
}
}
son()
{
while(1)
{
P(So);
從盤中取出桔子;
V(S);
吃桔子;
｝
}
daughter()
{
while(1)
{
P(Sa);
從盤中取出蘋果;
V(S);
吃蘋果;
｝
｝

PV操作