最近在準備軟考的時候看到關于PV操作的相關指示點，這里就做個記錄，希望對大家有一定的幫助。最開始我很好奇這個PV名字來源，問了好多大佬都不是很清楚，上網一查還覺得挺好玩，它是由老外提出來的狄克斯特拉用荷蘭文定義的，因為在荷蘭文中，通過叫passeren，釋放叫vrijgeven，PV操作因此得名。

為了在單處理機的情況下確定進程(process）能否占有處理機，狄克斯特拉將每個進程分為“就緒”(ready)、“運行”(running)和“阻塞”(blocking)三個工作狀態。由于在任一時刻最多只有一個進程可以使用處理機，正占用著處理機的進程稱為“運行”進程。當某進程已具備了使用處理機的條件，而當前又沒有處理機供其使用，則使該進程處于“就緒”狀態。當運行進程由于某種原因無法繼續運行下去時，就停止其占用處理機，使之進入“阻塞”狀態，待造成其退出運行的條件解除，再進入“就緒”狀態。而對系統中所有同時運行的進程之間所存在的相互制約的同步(synchronization，指為了避免錯誤，在一個進程訪問共享數據時，另一個進程不訪問該數據)和互斥(mutually-exclusive，指兩個進程不能同時在一個臨界區中使用同一個可重復使用的資源，諸如讀寫緩沖區)兩個關系，狄克斯特拉巧妙地利用火車運行控制系統中的“信號燈”(semaphore，或叫“信號量”)概念加以解決。

用PV操作來管理共享資源時，首先要確保PV操作自身執行的正確性。由于P(S)和V(S)都是在同一個信號量S上操作，為了使得它們在執行時不發生因交叉訪問信號量S而可能出現的錯誤，約定P(S)和V(S)必須是兩個不可被中斷的過程，即讓它們在屏蔽中斷下執行。把不可被中斷的過程稱為原語。于是，P操作和V操作實際上應該是P操作原語和V操作原語。

P操作的主要動作是：

①S減1；

②若S減1后仍大于或等于0，則進程繼續執行；

③若S減1后小于0，則該進程被阻塞后放入等待該信號量的等待隊列中，然后轉進程調度。

V操作的主要動作是：

①S加1；

②若相加后結果大于0，則進程繼續執行；

③若相加后結果小于或等于0，則從該信號的等待隊列中釋放一個等待進程，然后再返回原進程繼續執行或轉進程調度。

PV操作對于每一個進程來說，都只能進行一次，而且必須成對使用。在PV原語執行期間不允許有中斷發生。原語不能被中斷執行，因為原語對變量的操作過程如果被打斷，可能會去運行另一個對同一變量的操作過程，從而出現臨界段問題。如果能夠找到一種解決臨界段問題的元方法，就可以實現對共享變量操作的原子性。

事實上，PV操作不僅是實現進程互斥的有效工具，而且還是一個簡單而方便的同步工具。用一個信號量與一個消息聯系起來，信號量的值為0表示期望的消息尚未產生；信號量的值為非0表示期望的消息已經存在。假定用信號量S表示某個消息，現在來看看怎樣用PV操作達到進程同步的目的。

(1)調用P操作測試消息是否到達

任何進程調用P操作可測試到自己所期望的消息是否已經到達。若消息尚未產生，則S=0，調用P(s)后，P(S)一定讓調用者成為等待信號量S的狀態，即調用者此時必定等待直到消息到達；若消息已經存在，則S≠0，調用P(S)后，進程不會成為等待狀態而可繼續執行，即進程測試到自己期望的消息已經存在。

(2)調用V操作發送消息

任何進程要向其他進程發送消息時可調用V操作。若調用V操作之前S=0，表示消息尚未產生且無等待消息的進程，則調用V(S)后，V(s)執行S:=S+1使S≠0，即意味著消息已存在；若調用V操作之前S<0，表示消息未產生前已有進程在等待消息，則調用V(S)后將釋放一個等待消息者，即表示該進程等待的消息已經到達，可以繼續執行。 [1]?

在用PV操作實現同步時，一定要根據具體的問題來定義信號量和調用P操作或V操作。一個信號量與一個消息聯系在一起，當有多個消息時必須定義多個信號量；測試不同的消息是否到達或發送不同的消息時，應對不同的信號量調用P操作或V操作。

實現進程互斥

用PV操作可實現并發進程的互斥，其步驟如下：

(1)設立一個互斥信號量S，表示臨界區，其取值為1，0，-1，…其中，S=1表示無并發進程進入S臨界區；S=0表示已有一個并發進程進入了S臨界區；S等于負數表示已有一個并發進程進入S臨界區，且有|S|個進程等待進入S臨界區，S的初值為1。

(2)用PV操作表示對S臨界區的申請和釋放。在進入臨界區之前，通過P操作進行申請，在退出臨界區之后，通過V操作釋放。

審核編輯：湯梓紅