基本介紹
- 中文名：PV操作
- 外文名：P: 荷蘭語Passeren，相當於英文中的pass； V: 荷蘭語的Verhoog,相當於英文中的increment.
- 簡介：信號量操作的兩個標準原語
[一]理論,[二]套用,進程互斥,進程同步,進程通信,
[一]理論
闡述P,V原語的理論不得不提到的一個人便是赫赫有名的荷蘭科學家E.W.Dijkstra。如果你對這位科學家沒有什麼印象的話，提起解決圖論中最短路徑問題的Dijkstra算法應當是我們再熟悉不過的了。P,V原語的概念以及P,V操作當中需要使用到的信號量的概念都是由他在1965年提出的。
信號量是最早出現的用來解決進程同步與互斥問題的機制，包括一個稱為信號量的變數及對它進行的兩個原語操作。信號量為一個整數，我們設這個信號量為：sem。很顯然，我們規定在sem大於等於零的時候代表可供並發進程使用的資源實體數，sem小於零的時候，表示正在等待使用臨界區的進程的個數。根據這個原則，在給信號量附初值的時候，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increment。
P原語操作的動作是：
（1） sem減1；
（2） 若sem減1後仍大於或等於零，則進程繼續執行；
（3） 若sem減1後小於零，則該進程被阻塞後進入與該信號相對應的佇列中，然後轉進程調度。
V原語操作的動作是：
（1） sem加1；
（2） 若相加結果大於零，則進程繼續執行；
（3） 若相加結果小於或等於零，則從該信號的等待佇列中喚醒一等待進程，然後再返回原進程繼續執行或轉進程調度。
需要提醒大家一點就是P,V操作對於每一個進程來說，都只能進行一次。而且必須成對使用。且在P,V原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。我們採用如下的定義：
procedure p(var s:samephore);
{
s.value=s.value-1;
if (s.value<0) asleep(s.queue);
}
procedure v(var s:samephore);
{
s.value=s.value+1;
if (s.value<=0) wakeup(s.queue);
}
其中用到兩個標準過程：
asleep(s.queue);執行此操作的進程控制塊進入s.queue尾部，進程變成等待狀態
wakeup(s.queue);將s.queue頭進程喚醒插入就緒佇列
對於這個過程，s.value初值為1時，用來實現進程的互斥。
[二]套用
進程互斥
把臨界區置於P(sem) 和V(sem)之間。當一個進程想要進入臨界區時，它必須先執行P原語操作以將信號量sem減1，在進程完成對臨界區的操作後，它必須執行V原語操作以釋放它所占用的臨界區。從而就實現了進程的互斥：
具體的過程我們可以簡單的描述如下：
進程A：P（sem）<S> V（sem）
進程B：P（sem）<S> V（sem）
進程同步
我們把異步環境下的一組並發進程因直接制約而互相傳送訊息、進行互相合作、互相等待，使得各進程按一定的速度執行的過程稱為進程間的同步。具有同步關係的一組並發進程稱為合作進程，合作進程間互相傳送的信號稱為訊息或事件。 如果我們對一個訊息或事件賦以唯一的訊息名，則我們可用過程 wait (訊息名) 表示進程等待合作進程發來的訊息，而用過程 signal (訊息名) 表示向合作進程傳送訊息。
進程通信
我們以信箱通信為例說明問題：
信箱通信滿足的條件是：
;傳送進程傳送訊息的時候，信箱中至少要有一個空格能存放該訊息。
;接收進程接收訊息時，信箱中至少要有一個訊息存在。
傳送進程和接收進程我們可以進行如下的描述：
Deposit(m)為傳送進程，接收進程是remove(m). Fromnum為傳送進程的私用信號量，信箱空格數n。mesnum為接收進程的私用信號量，初值為0.
Deposit(m):
Begin local x
P(fromnum)
選擇空格x
將訊息m放入空格x中
置格x的標誌為滿
V(mesnum)
end
Remove(m)
Begin local x
P(mesnum)
選擇滿格x
把滿格x中的訊息取出放m中
置格x標誌為空
V(fromnum)
end
筆者僅從最基本的進程問題上論述P,V原語的套用。當然關於這一部分的套用是十分廣泛的。比如作業系統文化史上非常經典的哲學家就餐問題，生產-消費問題，讀者-寫者問題，理髮師問題等等。大家不妨嘗試一下用信號量的方法進行實現。
主要參考書目：
《計算機作業系統教程》清華大學出版社 張堯學
