信号量与P、V操作--《操作系统》自学考试

信号量与P、V操作--《操作系统》自学考试

​ 关于《操作系统》书籍中第四章第三阶节信号量及P、V操作中对于课本中所讲概念不明白，在百度和博客上查资料后给出我自己的理解，供参考，如有错误请大佬帮忙指正。

书籍中的定义

• 信号量：信号量是一种特殊的变量，它的表面形式上一个整形变量附加一个队列，且只能被P操作和V操作，P、V操作皆使用原语。

• 信号量与P、V操作的功能是实现进程之间的同步、互斥。

• 设信号量为S，S可以取不同的整数值，可以利用S的取值表示共享资源的使用情况，或用它表示协作进程间交换的信息。

• P、V操作定义：

  P(S)
  {
    S = S-1; 
    //若S<0,将该进程状态设置为等待状态，然后将该进程的PCB插入相应的S信号量等待队列末尾，直到有其他进程在S上执行V操作为止
  }
  //-------------------------------
  V(S)
  {
    S = S+1;
    //若S <= 0，释放在S信号队列中等待的一个进程，将其状态改变为就绪态，并将其插入就绪队列；然后，执行本操作的进程继续执行。
  }
  

案例

• 进程间的互斥操作

对于这样两个进程运行过程我们可以这样理解：

• 首先两个进程是并行的，在第一行两个进程同时P操作时，只会有一个成功。假设A进程成功操作，使得S-1，这时S等于0，A进程被允许进入临界区操作。而B进程在进行P操作时S的值已经被变更为0，此时进程B执行P操作，S等于-1，B线程被设置为等待状态进入等待队列，不允许进入临界区。
• 在进程A执行完临界区操作后，执行V操作使得S+1，此时S等于0，且释放一个等待队列中的B进程插入就绪队列。执行完后A进程继续运行。
• B进程从就绪队列执行，进入临界区操作。操作完毕后执行V操作使得S+1，此时S等于1。执行完后B进程继续运行。

回顾整个过程，在初始竞争临界区资源时由于两个进程只有一个P操作能执行成功，便实现了一个进程使用临界资源，另一个等待信号。在其中一个进程使用完资源后使用V操作释放了资源并及时通知了另一个进程，另一个进程在插入就绪队列后立即使用临界资源，使用完毕后释放资源并使用V操作更改S的值。这样我们做到了两个进程互斥竞争资源，资源使用完毕后进程及时的通信和接管。

• S的值的含义

  S不同的值代表了当前临界资源的可用数量和等待队列的进程数目

  在S=0时：代表当前可用资源为0，没有资源可以分配。

  在S=-1时：表示没有资源可以分配，等待队列有1个进程。

  在第二次S=0时：代表当前可用资源为0，此时临界资源已经分配给B进程。

  在S=1时：表示当前可用资源为1，此时B进程已完成操作释放了1个资源。

  每执行一次P操作，意味着请求的进程分配到一个资源；每执行一次V操作意味着进程释放了一个资源。
  对于信号量S，常常用作同步时初始值为0，用作互斥时初始值为1。