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在操作系统中,进程之间经常会存在互斥(都需要共享独占性资源时) 和同步(完成异步的两个进程的协作)两种关系.为了有效的处理这两种情况,狄克斯特拉(W.Dijkstra)在1965年提出信号量 (semaphore)和PV操作.

    信号量:

    信号量是一种特殊的变量,实际上就是用来控制进程状态的一个代表某一资源的存储单元。表现形式是一个整型S和一个队列.

    PV操作:

    P操作和V操作是执行时不被打断的两个操作系统原语。执行P操作P（S）时信号量S的值减1，若结果不为负则P（S）执行完毕，否则执行P操作的进程暂停以等待释放。执行V操作V（S）时，S的值加1，若结果不大于0则释放一个因执行P（S）而等待的进程.

    P操作:也称为down()/wait()操作,使S=S-1,若S<0,进程暂停执行,放入信号量的等待队列.

    V操作:也称为up()/signal()操作,使S=S+1,若S<=0,唤醒等待队列中的一个进程.

(1)完成互斥控制:

    为了保护共享资源,不让多个进程同时访问这个共享资源,换句话说,就是阻止多个进程同时进入访问这些资源的代码段,这个代码段称为临界区(也称为管程),这种一次只允许一个进程访问的资源称为临界资源.为了实现进程互斥地进入自己的临界区,代码可以如下所示:

P(信号量S)

    ......

    临界区(访问临界资源的代码段)

    ......

V(信号量S)

    由于只允许一个进程进入,因此信号量中整型值的初始应设为1.该值表示可以允许多少个进程进入,当该值<0时,其绝对值就是等待使用临界资源的进程数,也就是等待队列中的进程数.而当一个进程从临界区出来时,就会将整型值加1,如果等待队列中还有进程,则调入新的进程进入(唤醒).

(2)完成同步操作

    最简单的同步形式是:进程A在另一个进程B到达L2以前,不该不该前进到超过L1,这样就可以使用以下程序表示:

进程A                                                    进程B

......                                                         ......

L1:P(信号量S)                                      L2:V(信号量S)

......                                                        ......

    因此,要确保进程B执行V操作之前,不让进程A的运行超过L1,因此信号量的初值就应该为0.这样,如果进程A先执行到L1,那么执行P操作后,信号量的整型值就会小于1,也就停止执行.直到进程B执行到L2时,将信号量的整型值加1,并唤醒它以继续执行.

 

备注:中国读者常常不明白这一同步机制为什么叫PV操作，原来这是狄克斯特拉用荷兰文定义的，因为在荷兰文中，通过叫passeren，释放叫vrijgeven，PV操作因此得名。这是在计算机术语中不是用英语表达的极少数的例子之一。