訊號量P，V操作
訊號量是最早出現的用來解決程序同步與互斥問題的機制(也可實現程序通訊)，包括一個稱為信 號量的變數及對它進行的兩個原語操作。訊號量為一個整數，我們設這個訊號量為：sem。很顯然，我們規定在sem大於等於零的時候代表可供併發程序使用的 資源實體數，sem小於零的時候，表示正在等待使用臨界區的程序的個數。根據這個原則，在給訊號量附初值的時候，我們顯然就要設初值大於零。
p操作和v操作是不可中斷的程式段，稱為原語。P,V原語中P是荷蘭語的Passeren，相當於英文的pass, V是荷蘭語的Verhoog,相當於英文中的incremnet。
且在P,V願語執行期間不允許有中斷的發生。
對於具體的實現，方法非常多，可以用硬體實現，也可以用軟體實現。這種訊號量機制必須有公共記憶體，不能用於分散式作業系統，這是它最大的弱點。
首先應弄清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），對訊號量進行操作，具體定義如下：
P（S）：①將訊號量S的值減1，即S=S-1；
②如果S>=0，則該程序繼續執行；否則該程序置為等待狀態，排入等待佇列。
V（S）：①將訊號量S的值加1，即S=S+1；
②如果S>0，則該程序繼續執行；否則釋放佇列中第一個等待訊號量的程序。
PV操作的意義：我們用訊號量及PV操作來實現程序的同步和互斥。PV操作屬於程序的低階通訊。
什麼是訊號量？訊號量（semaphore）的資料結構為一個值和一個指標，指標指向等待該 訊號量的下一個程序。訊號量的值與相應資源的使用情況有關。當它的值大於0時，表示當前可用資源的數量；當它的值小於0時，其絕對值表示等待使用該資源的 程序個數。注意，訊號量的值僅能由PV操作來改變。
一般來說，訊號量S>=0時，S表示可用資源的數量。執行一次P操作意味著請求分配一個單位資源，因此S的值減1；
當S<0時，表示已經沒有可用資源，請求者必須等待別的程序釋放該類資源，它才能執行下去。而執行一個V操作意味著釋放一個單位資源，因此S的值加1；
若S<=0，表示有某些程序正在等待該資源，因此要喚醒一個等待狀態的程序，使之執行下去
利用訊號量和PV操作實現程序互斥的一般模型是：
程序P1 程序P2 …… 程序Pn
…… …… ……
P（S）； P（S）； P（S）；
臨界區； 臨界區； 臨界區；
V（S）； V（S）； V（S）；
…… …… …… ……
其中訊號量S用於互斥，初值為1
使用PV操作實現程序互斥時應該注意的是：
（1）每個程式中使用者實現互斥的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，臨界區的程式碼應儘可能短，不能有死迴圈。
（3）互斥訊號量的初值一般為1。
利用訊號量和PV操作實現程序同步
PV操作是典型的同步機制之一。用一個訊號量與一個訊息聯絡起來，當訊號量的值為0時，表示期望的訊息尚未產生；當訊號量的值非0時，表示期望的訊息已經存在。用PV操作實現程序同步時，呼叫P操作測試訊息是否到達，呼叫V操作傳送訊息。
利用訊號量和PV操作實現程序互斥的一般模型是：
程序A 程序B
.... ....
L: P(訊號量) L2:V(訊號量）
.... ....
使用PV操作實現程序同步時應該注意的是：
（1）分析程序間的制約關係，確定訊號量種類。在保持程序間有正確的同步關係情況下，哪個程序先執行，哪些程序後執行，彼此間通過什麼資源（訊號量）進行協調，從而明確要設定哪些訊號量。
（2）訊號量的初值與相應資源的數量有關，也與P、V操作在程式程式碼中出現的位置有關。
（3）同一訊號量的P、V操作要成對出現，但它們分別在不同的程序程式碼中。
【例1】生產者-消費者問題
在多道程式環境下，程序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程序同步問題。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，對於全面解決作業系統內的同步、互斥問題將有很大幫助。
（1）一個生產者，一個消費者，公用一個緩衝區。
定義兩個同步訊號量：
empty——表示緩衝區是否為空，初值為1。
full——表示緩衝區中是否為滿，初值為0。
生產者程序
while(TRUE){
生產一個產品;
P(empty);
產品送往Buffer;
V(full);
}
消費者程序
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個環形緩衝區。
定義兩個同步訊號量：
empty——表示緩衝區是否為空，初值為n。
full——表示緩衝區中是否為滿，初值為0。
設緩衝區的編號為1～n&61485;1，定義兩個指標in和out，分別是生產者程序和消費者程序使用的指標，指向下一個可用的緩衝區。
生產者程序
while(TRUE){
生產一個產品;
P(empty);
產品送往buffer(in);
in=(in+1)mod n;
V(full);
}
消費者程序
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個環形緩衝區
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衝區。
定義四個訊號量：
empty——表示緩衝區是否為空，初值為n。
full——表示緩衝區中是否為滿，初值為0。
mutex1——生產者之間的互斥訊號量，初值為1。
mutex2——消費者之間的互斥訊號量，初值為1。
設緩衝區的編號為1～n&61485;1，定義兩個指標in和out，分別是生產者程序和消費者程序使用的指標，指向下一個可用的緩衝區。
生產者程序
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);
}
消費者程序
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;
}
需要注意的是無論在生產者程序中還是在消費者程序中，兩個P操作的次序不能顛倒。應先執行同步訊號量的P操作，然後再執行互斥訊號量的P操作，否則可能造成程序死鎖。
【例2】桌上有一空盤，允許存放一隻水果。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隻水果供吃者取用，請用P、V原語實現爸爸、兒子、女兒三個併發程序的同步。
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。這裡，生產者放入緩衝區的產品有兩類，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，應設定三個訊號量S、So、Sa，訊號量S表示盤子是否為空，其初值為l；訊號量So表示盤中是否有桔子，其初值為0；訊號量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(); /*父親程序*/
son(); /*兒子程序*/
daughter(); /*女兒程序*/
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;
}
}
例題3 設公交車上,司機和售票員的活動如下：司機;啟動車輛;正常行使,到站停車. 售票員;關車門,售票 開車門. 在汽車不斷到站 停車 行駛過程中這兩個活動有什麼同步關係? 用訊號量和pv操作實現。
設訊號量為s1(是否開車)和s2(是否停車),s1=1,s2=0;
司機程序： 售票員程序：
begin begin
L1: L2:
P(S1); 關閉車門；
啟動車輛； V(s1);
正常行駛； 售票；
V(s2）； P(s2);
goto L1; 開車門；
end； goto L2;
end；
思考題：
四個程序A、B、C、D都要讀一個共享檔案F，系統允許多個程序同時讀檔案F。但限制是程序A和程序C不能同時讀檔案F，程序B和程序D也不能同時讀檔案F。為了使這四個程序併發執行時能按系統要求使用檔案，現用PV操作進行管理，請回答下面的問題：
（1）應定義的訊號量及初值： 。
（2）在下列的程式中填上適當的P、V操作，以保證它們能正確併發工作：
A() B() C() D()
{ { { {
[1]; [3]; [5]; [7];
read F; read F; read F; read F;
[2]; [4]; [6]; [8];
} } } }
思考題解答：
（1）定義二個訊號量S1、S2，初值均為1，即：S1=1，S2=1。其中程序A和C使用訊號量S1，程序B和D使用訊號量S2。
（2）從[1]到[8]分別為：P(S1) V(S1) P(S2) V(S2) P(S1) V(S1) P(S2) V(S2)
訊號量、PV操作是解決程序間的同步與互斥問題的。
★ 做題時尤其要注意隱藏的同步、互斥問題。這些問題通常可以歸入生產者－消費者問題和閱讀者－寫入者問題。
★ PV操作一定是成對出現的，但是這不意味著它會在一個程序內成對出現。
★ 在互斥關係中，PV操作一定是在一個程序內成對出現。而且，訊號一定大於0,具體多少視情況而定。而對於同步關係，則一對PV操作在兩個程序或者更多的程序中出現。
★ 對於同步關係，訊號量可能為0，也可能不為0；用於同步的訊號個數可能1個，也可能是多個。
★ 對訊號量為1的，應該先執行V操作。
★ 在生產者－消費者問題中，要設定三個訊號量：empty－空閒的快取區數量，初值為n；full－已填充的快取區數量，初值為0；mutex－保證只有一個程序在寫入快取區，初值為1。
★ 在閱讀者－寫入者問題中，設定兩個訊號量：訊號量access－控制寫入互斥，初值為1；訊號量rc－控制對共享變數ReadCount（讀者統計值）的互斥訪問。
轉自：http://hongti88.blog.163.com/blog/static/38276487200882733818688/