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PV操作

时间:2017-11-11 21:31:50      阅读:191      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

标签:爸爸   唤醒   地理   消费   环境   调用   循环   情况下   用户   

PV操作的含义  

  PV操作由P操作原语和V操作原语组成(原语是不可中断的过程),对信号量进行操作,具体定义如下:
     P(S):①将信号量S的值减1,即S=S-1;
                  ②如果S>=0,则该进程继续执行;否则该进程置为等待状态,排入等待队列。
        V(S):①将信号量S的值加1,即S=S+1;
                  ②如果S>0,则该进程继续执行;否则释放队列中第一个等待信号量的进程。
PV操作的意义
:我们用信号量及PV操作来实现进程的同步和互斥。PV操作属于进程的低级通信。

什么是信号量?

  信号量(semaphore)的数据结构为一个值和一个指针,指针指向等待该信号量的下一个进程。信号量的值与相应资源的使用情况有关。当它的值大于0时,表示当前可用资源的数量;当它的值小于0时,其绝对值表示等待使用该资源的进程个数。注意,信号量的值仅能由PV操作来改变。
     一般来说,信号量S>=0时,S表示可用资源的数量。执行一次P操作意味着请求分配一个单位资源,因此S的值减1;当S<0时,表示已经没有可用资源,请求者必须等待别的进程释放该类资源,它才能运行下去。而执行一个V操作意味着释放一个单位资源,因此S的值加1;若S<=0,表示有某些进程正在等待该资源,因此要唤醒一个等待状态的进程,使之运行下去。

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。

 临界区:就是进程访问临界资源的那段代码。

    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。

利用信号量和PV操作实现进程同步

  下面是一张同步的图:

  技术分享

  这张图也特别的形象具体,我们具体来看看这张图,A仓库有货物,然后我们需要把货物搬运到B仓库,由搬运工甲和搬运工乙来完成这个过程;那么他们的目标就只有一个,就是把货物从A搬到B去,共同奔着这个方向去发展,所以我们说这是一个同步的问题。

  PV操作是典型的同步机制之一。用一个信号量与一个消息联系起来,当信号量的值为0时,表示期望的消息尚未产生;当信号量的值非0时,表示期望的消息已经存在。用PV操作实现进程同步时,调用P操作测试消息是否到达,调用V操作发送消息。
       使用PV操作实现进程同步时应该注意的是:

      (1)分析进程间的制约关系,确定信号量种类。在保持进程间有正确的同步关系情况下,哪个进程先执行,哪些进程后执行,彼此间通过什么资源(信号量)进行协调,从而明确要设置哪些信号量。
      (2)信号量的初值与相应资源的数量有关,也与P、V操作在程序代码中出现的位置有关。
      (3)同一信号量的P、V操作要成对出现,但它们分别在不同的进程代码中。

示例

【例1】生产者-消费者问题

  在多道程序环境下,进程同步是一个十分重要又令人感兴趣的问题,而生产者-消费者问题是其中一个有代表性的进程同步问题。下面我们给出了各种情况下的生产者-消费者问题,深入地分析和透彻地理解这个例子,对于全面解决操作系统内的同步、互斥问题将有很大帮助。

  (1)一个生产者,一个消费者,公用一个缓冲区。
    定义两个同步信号量:
      empty——表示缓冲区是否为空,初值为1
        full——表示缓冲区中是否为满,初值为0。
    生产者进程
      while(TRUE){
        生产一个产品;
             P(empty);
             产品送往Buffer;
             V(full);
      }

    消费者进程
      while(True){
        P(full);

          从Buffer取出一个产品;
          V(empty);
          消费该产品;
        }
   (2)一个生产者,一个消费者,公用n个环形缓冲区。
    定义两个同步信号量:
      empty——表示缓冲区是否为空,初值为n。
      full——表示缓冲区中是否为满,初值为0。

     设缓冲区的编号为1~n-1,定义两个指针in和out,分别是生产者进程和消费者进程使用的指,指向下一个可用的缓冲区。

  生产者进程
    while(TRUE){
         生产一个产品;
         P(empty);
         产品送往buffer(in);
         in=(in+1)mod n
         V(full);
  }

  消费者进程
    while(TRUE){
      P(full);
        从buffer(out)中取出产品;
        out=(out+1)mod n
        V(empty);
       消费该产品;
        }
     (3)一组生产者,一组消费者,公用n个环形缓冲区
     在这个问题中,不仅生产者与消费者之间要同步,而且各个生产者之间、各个消费者之间还必须互斥地访问缓冲区。

  定义四个信号量:
    empty——表示缓冲区是否为空,初值为n。
    full——表示缓冲区中是否为满,初值为0。
    mutex1——生产者之间的互斥信号量,初值为1。
    mutex2——消费者之间的互斥信号量,初值为1。  

       设缓冲区的编号为1~n-1,定义两个指针in和out,分别是生产者进程和消费者进程使用的指针,指向下一个可用的缓冲区。
  生产者进程
    while(TRUE){
         生产一个产品;
         P(empty);
         P(mutex1)
         产品送往buffer(in);
         in=(in+1)mod n
         V(mutex1);
         V(full);
    }

  消费者进程
    while(TRUE){

     P(full)
       P(mutex2)

       从buffer(out)中取出产品;
       out=(out+1)mod n
       V(mutex2);
       V(empty);
       消费该产品;
       }
    需要注意的是无论在生产者进程中还是在消费者进程中,两个P操作的次序不能颠倒。应先执行同步信号量的P操作,然后再执行互斥信号量的P操作,否则可能造成进程死锁。

 

【例2】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。

 

    :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 S1;
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;
           

 

PV操作

标签:爸爸   唤醒   地理   消费   环境   调用   循环   情况下   用户   

原文地址:http://www.cnblogs.com/ktao/p/7819899.html

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