PV原语通过操作信号量来处理进程间的同步与互斥的问题。其核心就是一段不可分割不可中断的程序。 信号量的概念1965年由著名的荷兰计算机科学家Dijkstra提出,其基本思路是用一种新的变量类型(semaphore)来记录当前可用资源的数量。
semaphore有两种实现方式:
1) semaphore的取值必须大于或等于0。0表示当前已没有空闲资源,而正数表示当前空闲资源的数量;
2) semaphore的取值可正可负,负数的绝对值表示正在等待进入临界区的进程个数。
信号量是由操作系统来维护的,用户进程只能通过初始化和两个标准原语(P、V原语)来访问。初始化可指定一个非负整数,即空闲资源总数。
P原语
P是荷兰语Proberen(测试)的首字母。为阻塞原语,负责把当前进程由运行状态转换为阻塞状态,直到另外一个进程唤醒它。操作为:申请一个空闲资源(把信号量减1),若成功,则退出;若失败,则该进程被阻塞;
V原语
V是荷兰语Verhogen(增加)的首字母。为唤醒原语,负责把一个被阻塞的进程唤醒,它有一个参数表,存放着等待被唤醒的进程信息。操作为:释放一个被占用的资源(把信号量加1),如果发现有被阻塞的进程,则选择一个唤醒之。
P原语操作的动作是:
(1)sem减1;
(2)若sem减1后仍大于或等于零,则进程继续执行;
(3)若sem减1后小于零,则该进程被阻塞后进入与该信号相对应的队列中,然后转进程调度。
V原语操作的动作是: (1)sem加1;
(2)若相加结果大于零,则进程继续执行;
(3)若相加结果小于或等于零,则从该信号的等待队列中唤醒一等待进程,然后再返回原进程继续执行或转进程调度。
PV操作对于每一个进程来说,都只能进行一次,而且必须成对使用。在PV原语执行期间不允许有中断的发生。
具体PV原语对信号量的操作可以分为三种情况:
1) 把信号量视为一个加锁标志位,实现对一个共享变量的互斥访问。
实现过程:
P(mutex); // mutex的初始值为1 访问该共享数据; V(mutex); 非临界区;
2) 把信号量视为是某种类型的共享资源的剩余个数,实现对一类共享资源的访问。
实现过程:
P(resource); // resource的初始值为该资源的个数N 使用该资源; V(resource); 非临界区;
3) 把信号量作为进程间的同步工具
实现过程:
临界区C1; P(S); V(S); 临界区C2;