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。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。
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;
p原语为申请资源
v原语为释放资源
pv操作必须成对出现
通过对信号量的互斥修改
信号量为s,当需要进行互斥的时候s初值为1(也不是绝对的,但是这个是通常情况)
p操作就是
s-1
如果s>=0就使用资源
否则就挂起等待
v操作就是s+1
如果s否则什么都不做
通常临界量的代码都是这样的(互斥)
s=1
进程1:
p(s)
临界代码
v(s)
进程2:
p(s)
临界代码
v(s)
可以看出来,当又一个进程占领资源的时候,另一个进程被挂起,是不可以访问资源的,完成了互斥
而实现同步的代码是
先设s=0;(同步信号量)
s'=1;(互斥信号量)
进程1:
p(s')
临界代码
v(s)
进程2:
p(s)
临界代码
v(s')
可以看到,在第一个进程准备完成之前第二个进程无法使用资源,而在第一个进程准备完成之后,第二个进程消耗掉第一个进程的资源之前,第一个进程也不能再生产资源。
从论坛找来一个非常好的帖子,请好好学习一下:在计算机操作系统中,PV操作是进程管理中的难点。
首先应弄清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?,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?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。
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。【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);}(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);产品送往buffer(in);in=(in+1)modn;V(full);}(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)modn;V(mutex1);V(full);}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。
解:。
pv(进程通信的两种操作)
P:荷兰语Passeren,相当于英文中的pass;
V:荷兰语的Verhoog,相当于英文中的increment(增量).
我们规定在信号量sem
【大于等于零】的时候代表【可供并发进程使用的资源实体数】。
【小于零】的时候,表示正在【等待使用临界区的进程】的个数。
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。
classCSimpleLock{public://上锁CSimpleLock(HANDLEhMutex){m_hMutex=hMutex;WaitForSingleObject(hMutex,INFINITE);}//开锁~CSimpleLock(){ReleaseMutex(m_hMutex);}private:HANDLEm_hMutex;};要使用这个类别,您必须传给CSimpleLock构造函数一个互斥器物件的代码,构造函数在结束返回之前必须等待该互斥器被释放。
另外,一旦CSimpleLock物件离开有效范围时,析构函数就会自动释放互斥器物件。因此,如果要保护某个函数,就可以产生一个CSimpleLock物件∶HRESULT__stdcallCA::Tick(intdelta){CSimpleLockLock(m_hCountMutex);m_count+=delta;returnS_OK;}HRESULT__stdcallCA::Left(){CSimpleLockLock(m_hHandMutex);m_bRightHand=FALSE;returnS_OK;}。
IDDR2#(.DDR_ALIGNMENT("NONE"),.INIT_Q0(1'b0),.INIT_Q1(1'b0),.SRTYPE("SYNC"))
IDDR2_sclk(
.Q0(),//1-bitoutputcapturedwithC0clock
.Q1(),//1-bitoutputcapturedwithC1clock
.C0(),//1-bitclockinput
.C1(),//1-bitclockinput
.CE(1'b1),//1-bitclockenableinput
.D(),//1-bitDDRdatainput
.R(1'b0),//1-bitresetinput
.S(1'b0)//1-bitsetinput
);
就这么用就行了