PV操作之加强

S.value:=S.value-1; if S.value<0 then block(S, L) end
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procedure signal(S)
var S: semaphore;
begin
S.value:=S.value+1;
if S.value<=0 then
wakeup(S,L);
Consumer：
while (true) { wait (full); wait(mutex); Get product from
buffer(out); out = (out + 1) mod n; signal(mutex); signal(empty); consume item ; }
PV操作之加强
end
需要提醒大家的是：P,V操作首先是一个原语 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。且在P,V愿语执行期 间不允许有中断的发生。
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在纪录型信号量机制中，S.value的初值表示 系统中某类资源的数目，因而又称为资源 信号量，每次的P操作，意味着进程请求一 个单位的资源，因此描述为 S.value:=S.value-1；当S.value<0时，表 示资源已分配完毕，因而进程调用block原 语，进行自我阻塞，放弃处理机，并插入 到信号量链表S.L中。
full1 + empty1= n1 mutex1：用于访问buf1缓冲区时的互斥，初值是1
empty2：是buf2“空”缓冲区数量，初值为n1。 full2：是buf2“满”缓冲区数量，初值为0
full2 + empty2= n2 mutex2：用于访问buf2缓冲区时的互斥，初值是1
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生产消费问题扩展
（具有多个缓冲区华南理工2000）
一个从键盘输入到打印机输出的数据处理流程图如图 所示。其中键盘输入进程通过缓冲区buf1把数绝传 送给计算进程，计算进程把处理结果通过buf2传送 给打印进程。假设上述两个缓冲区的大小分别为n1 和n2，试写出键盘输入进程、计算进程及打印进程 间的同步算法。
用wakeup原语，将S.L链表中的第一个等 待进程唤醒。如果S.value的初值为1，表 示只允许一个进程访问临界资源，此时的
信号量转化为互斥信号量。
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信号量的应用
利用信号量实现进程互斥地访问临界资源，只需为
该资源设置一互斥信号量mutex，初始值为1，然 后将各进程的临界区置于wait(mutex)和 signal(mutex)操作之间即可。每个欲访问该临界 资源的进程，在进入临界区之前，都要执行
共需要3个互斥信号量，设为S，S1，S2初值为1， 两个计数rc1,rc2初值为0.
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var S,S1,S2:semaphore; rc1,rc2:integer; S,S1,S2:=1; rc1=rc2=0; procedure East2West_i:
｛
p(S1); rc1:=rc1+1; if rc1==1 then P(s); v(S1);
empty=n; full=0; mutex=1;
Producer:
while (true) { produce item v;
wait(empty); wait(mutex); Send product to buffer(in);
in = (in + 1) mod n; signal(mutex); signal(full); }
• P(wait)原语操作的动作是：
（1）S减1；
（2）若S减1后仍大于或等于零，则进程继续执行；
（3）若S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 (signal)原语操作的动作是：
（1）S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。
过独木桥; p(S1); rc1:=rc1-1; if rc1==0 then v(S); v(S1); ｝
procedure West2East_i: ｛
p(S2); rc2:=rc2+1; if rc2==1 then p(s); v(S2); 过独木桥; p(S2); rc2=rc2-1; if rc2==0 then v(s); v(S2); ｝
wait(mutex)，若该资源此刻未被访问，本次wait 操作成功，进程便可进入自己的临界区；其它欲
进入自己临界区的进程，则会wait(mutex)操作失 败，不能进入临界区，从而保证了该临界资源被
互斥地访问。使用临界资源的进程退出临界区后，
又执行signal(mutex)操作，释放该临界资源。
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P V操作的数据结构
type semaphore = record value: integer; L: list of process;
end 相应地，wait(s)和signal(s)操作可描述为： procedure wait(S)
var S: semaphore; begin
P(wait) V(signal)操作之加强
• 信号量是最早出现的用来解决进程同步与互斥问题的机 制，包括一个称为信号量的变量及对它进行的两个原语 操作。
• 信号量为一个整数，设这个信号量为：S。
• 规定在S大于等于零的时候代表可供并发进程使用的资源 实体数；S小于零的时候，表示正在等待使用临界区的进 程的个数。
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具有多个缓冲区
分析：
本题解决的是具有多个缓冲区的生产者和消费者之间的多阶 段同步问题。由于每个缓冲区中均有多个存储单元，因而 要互斥使用。所以要为每个缓冲区设置一个互斥信号量。
empty1：是buf1“空”缓冲区数量，初值为n1。 full1：是buf1“满”缓冲区数量，初值为0
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具有多个缓冲区
procedure Input(){ While(ture){ Input a data; P(empty1); P(mutex1); Put to buf1; v(mutex1); v(full1); }
}
procedure Calculate(){
while(true){ P(full1); P(mutex1); Get from buff1; V(mutex1); V(empty1); Calculate it; P(empty2); P(mutex2); Put result to buff2; V(mutex2); V(full2);
signal(mutex);
end
parend
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实现互斥(过河问题2)
(南开1997:在南开大学至天津大学间有一条弯曲的路，每次只允许一辆自行车 通过，但中间有小的安全岛M（同时允许两辆车），可供两辆车在已进入两 端小车错车，设计算法并使用P，V实现。)
某条河上只有一个独木桥，现在河的两边都有人要过桥，若 把过桥者看做一个进程。
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var load,north,south:semaphore; load=2;north=1;south=1; GO_South()
P(load); P(north);
过北段桥; 到桥中间; V(north); P(south); 过南段桥; 到达南岸; V(south); V(load);
PV操作之加强Βιβλιοθήκη 15生产者/消费者问题
（1）有一群生产者进程在生产消息, 并将消息提供给消费 者进程去消费。为使生产者进程和消费者进程能并发执 行, 在它们之间设置了一个具有n个缓冲区的缓冲池, 生 产者进程可将它所生产的消息放入一个缓冲区中, 消费 者进程可从一个缓冲区中取得一个消息消费。
（2）生产者进程和消费者进程都以异步方式运行, 但不允 许消费进程者到一个空缓冲区去取消息, 也不允许生产 者进程向一个已装满消息且尚未被取走消息的缓冲区中 投放消息。
（3）任何时刻只能有一个进程可对共享缓冲区进行操作
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生产者/消费者问题(使用有限循环缓冲区) (the producer/consumer problem)
Producer 1 生产指针 Producer 2
... Producer M
消费指针
Consumer 1 Consumer 2
规定：为了保证过桥安全,每次只有一个人通过。请用P、V
操作分别实现正确的管理。
分析：任意时刻桥上只能有一个人，即桥是一个互斥信号量。
//i表示过河的任意人
var mutex: semaphore := 1; // 初始值为1
parbegin
process(i): begin
wait(mutex);
过河;
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过河问题3(单行线问题)
某条河上只有一个独木桥,现在河的两边都有人要过桥，若 把过桥者看做一个进程，规定：只能有一个方向的人通过 (可以任意多)。请用P、V操作分别实现正确的管理。
分析：过桥方向是一个互斥信号量； 还需要两个计数器用来记录每个方向上的过桥人 数； 计数器也必须是互斥访问的。
end
process 2: begin
repeat
wait(mutex);
critical section;//临界区
signal(mutex);
remainder section;
until false;
end
parend