经典PV操作讲解和练习题 (1)
PV练习及参考解答
// Q2队列当中的空闲缓冲区个数，初值为m
semaphore S_BuffNum_Q2;
// Q1队列当中的消息数量，初值为n
semaphore S_MessageNum_Q1;
// Q2队列当中的消息数量，初值为0
semaphore S_MessageNum_Q2;
第二步：确定信号量及其值。由于进程A和进程B要互斥进入箱子去拣棋子，箱子是两个进程的公有资源，所以设置一个信号量s，其值取决于公有资源的数目，由于箱子只有一个，s的初值就设为1。
实现：
Semaphore s;//互斥信号量，初值为1
main()
{
cobegin
A();
B();
coend
}
A()
{
while(1)
实现过程：
P(mutex); // mutex的初始值为1 访问该共享数据;
V(mutex);
3)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。
判断进程间是否互斥，关键是看进程间是否共享某一公有资源，一个公有资源与一个信号量相对应。确定信号量的值是一个关键点，它代表了可用资源实体数。
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。
实现:
操作系统PV操作经典一百题
procedure reader_i
begin // i=1,2,?.
P(rwmutex); //读者、写者互斥
P(rmutex);
V(rwmutex); // 释放读写互斥信号量，允许其它读、写进程访问资源
读数据；
V(rmutex);
end
procedure Writer_j
我们需要分两种情况实现该问题：
读优先： 要求指一个读者试图进行读操作时，如果这时正有其他读者在进行操作，他可直接开始读操作，而不需要等待。
写优先： 一个读者试图进行读操作时，如果有其他写者在等待进行写操作或正在进行写操作，他要等待该写者完成写操作后才开始读操作。
The P,V code Using Pascal
3）写者优先于读者（一旦有写者，则后续读者必须等待，唤醒时优先考虑写者）
如果读者数是固定的，我们可采用下面的算法：
rwmutex：用于写者与其他读者/写者互斥的访问共享数据
rmutex： 该信号量初始值设为10，表示最多允许10个读者进程同时进行读操作
var rwmutex, rmutex ： semaphore := 1, 10 ；
操作系统P V题解
第一章 The P,V Theorem
在操作系统理论中有一个非常重要的概念叫做P,V原语。在我们研究进程间的互斥的时候经常会引入这个概念，将P,V操作方法与加锁的方法相比较，来解决进程间的互斥问题。实际上，他的应用范围很广，他不但可以解决进程管理当中的互斥问题，而且我们还可以利用此方法解决进程同步与进程通信的问题。
Figure 1.1: producer-consumer problem
经典PV操作问题详解(最全面的PV资料)
经典P、V操作问题详解lionxcat@一、基本概念1. 信号量struct semaphore{int value; // 仅且必须附初值一次，初值非负PCBtype* wait_queue; // 在此信号量上阻塞的进程队列} S; // 信号量实例为S2. P、V操作P(S){S := S-1;if (S<0)调用进程自己阻塞自己，等待在S的等待队列末尾;}V(S){S := S+1;if (S≤0)从S等待队列头释放一进程就绪在就绪队列尾;调用进程继续执行;}3. 使用方法(i). P、V操作成队出现，处理互斥时出现在同一进程中；处理同步时出现在不同进程中。
(ii). 同步P先于互斥P调用，V的顺序无关。
4. 另类P、V操作导致的问题(或信号量的栈实现方法或漏斗法)[习题P174-23]某系统如此定义P、V操作：P(S): S = S-1; 若S＜0，本进程进入S信号量等待队列的末尾；否则，继续执行。
V(S): S＝S+1; 若S≤0，释放等待队列中末尾的进程，否则继续运行。
(1)上面定义的P、V操作是否合理？有什么问题？(2)现有四个进程P1、P2、P3、P4竞争使用某一个互斥资源（每个进程可能反复使用多次），试用上面定义的P、V操作正确解决P1、P2、P3、P4对该互斥资源的使用问题。
答：(1)不合理：先进后出；可能“无限等待”，即等待队列头的进程得不到释放。
(2)思路：令每个信号量上的等待队列中始终只有一个进程。
解决方案如下：(n个进程)n个进程至多有n-1个等待。
设置n-1个信号量，每个进程阻塞在不同的信号量上，使每个等待队列至多有一个进程等待。
用循环模拟队列。
Procedure_i(){int j;DO_PRE_JOB();for(j=n-2; j>=0; j--)P(S[j]);DO_JOB_IN_CRITICAL_SECTION();for(j=0;j<=n-2;j++)V(S[j]);……}二、经典进程同步问题总述：进程同步问题主要分为以下几类：一（生产者－消费者问题）；二（读者写者问题）；三（哲学家就餐问题）；四（爱睡觉的理发师问题）；五（音乐爱好者问题）；六（船闸问题）；七（红黑客问题）等。
操作系统PV操作经典例题与答案
P(mutex)
custNum--；
V(mutex)
V(wait)
}
理发师进程：
While{
P(mutex)
If(custNum ==0){
V(mutex)
P(Barber)
}else{
V(mutex)
理发
}
}
V(SM);
i = (i+1) %k;
};
Receive：
j =0;//标记取产品的缓存区位置
SM=0；//信号量，标记初始没有消息
ReadCount=0；//读进程计数器
Mutex =1；//读进程互斥信号量
SW=0; //信号量，读进程在此信号量等待
while (true) {
P(SM);
从Buffer[j]取消息;
V(W);
Else if(rw>0)
V(R)
rw--
V(mutex);
};
3.理发师睡觉问题
理发店里有一位理发师，一把理发椅和N把供等候理发的顾客坐的椅子
如果没有顾客,则理发师便在理发椅上睡觉。当一个顾客到来时，他必须先唤醒理发师
如果顾客到来时理发师正在理发，则如果有空椅子，可坐下来等；否则离开
Wait =0;表示等待顾客资源；
V(R)
rw--
}
V(mutex);
读
P(mutex);
rc--;
if (rc==0){
If（wc>0）V(w)
}
V(mutex);
};
写者：
while (true) {
P(mutex);
wc++;
if((wc >1)||(rc>0)){
pv操作例题详细解释
pv操作例题详细解释【最新版】目录1.PV 操作简介2.PV 操作例题3.例题详细解释正文一、PV 操作简介PV 操作，全称为过程 - 变量操作，是一种在计算机程序设计中用于处理过程和变量之间关系的操作方法。
PV 操作广泛应用于各种编程语言中，如 C、C++、Java 等。
通过 PV 操作，程序员可以实现对变量的读取、修改、锁定等操作，以确保程序在多线程环境下的正确性和可靠性。
二、PV 操作例题假设有一个简单的程序，需要实现一个功能：当一个整数变量 x 的值在 0 到 100 之间时，输出“x 的值在 0 到 100 之间”。
如果 x 的值小于 0 或大于 100，则输出“x 的值不在 0 到 100 之间”。
请使用 PV 操作实现这个功能。
三、例题详细解释为了实现这个功能，我们可以使用 C 语言中的 PV 操作。
具体实现如下：```c#include <stdio.h>#include <pthread.h>int x = 0;int flag = 0;void thread_function(){pthread_mutex_lock(&mutex); // 加锁if (x < 0 || x > 100) { // 判断 x 的值是否在 0 到 100 之间flag = 1; // 设置标志位}pthread_mutex_unlock(&mutex); // 解锁}int main(){pthread_t thread;pthread_mutex_init(&mutex, NULL); // 初始化互斥锁pthread_create(&thread, NULL, thread_function, NULL); // 创建线程pthread_join(thread, NULL); // 等待线程结束if (flag == 1) {printf("x 的值不在 0 到 100 之间");} else {printf("x 的值在 0 到 100 之间");}pthread_mutex_destroy(&mutex); // 销毁互斥锁return 0;}```在这个例子中，我们使用了一个互斥锁（mutex）来保护对变量 x 的访问。
操作系统PV操作习题
操作系统PV操作习题操作系统PV操作习题-----------------------------------------------------1、引言在操作系统中，PV操作（也称作P操作和V操作）是用于进程同步的一种常见机制。
P操作用于获取或申请资源，V操作用于释放资源。
本文将为您提供一些关于PV操作的习题，以帮助您巩固相关的概念和原理。
2、PV操作基本概念2.1 P操作描述P操作的基本概念和含义，以及在实际应用中的具体场景。
2.2 V操作解释V操作的基本概念和含义，并举例说明其在实际问题中的应用。
3、PV操作习题集3.1 习题一、生产者-消费者问题描述一个典型的生产者-消费者问题，并通过使用P操作和V操作对其进行解决。
3.2 习题二、读者-写者问题解释一个典型的读者-写者问题，并使用PV操作来实现对该问题的解决。
3.3 习题三、哲学家就餐问题描述哲学家就餐问题的场景，并说明如何采用PV操作来解决这一问题。
4、常见PV操作错误4.1 死锁解释什么是死锁以及为什么会发生死锁现象，同时提供一些避免死锁的方法。
4.2 饥饿描述什么是饥饿，以及一些可能导致饥饿的常见原因，并提供解决饥饿问题的一些策略。
5、附录本文档附带以下附件:- 习题的解答和详细说明- 相关的代码示例6、法律名词及注释在本文档中，涉及的法律名词及其注释如下：- PV操作：即P操作和V操作，用于进程同步的一种机制。
- 生产者-消费者问题：一种经典的并发控制问题，涉及到生产者和消费者之间的资源竞争。
- 读者-写者问题：一种并发控制问题，涉及到多个读者和写者对共享资源的访问。
- 哲学家就餐问题：一种经典的并发控制问题，涉及到多个哲学家通过共享的餐具进行就餐。
pv操作练习题
用P，V操作实现下述问题的解。
一、桌上有一个盘子，可以放一个水果；父亲总是放苹果到盘子中；母亲总是放香蕉到盘子中。
一个儿子专等吃盘中的香蕉，而一个女儿专等吃盘中的苹果。
父母只放水果不吃，儿女只吃水果不放。
实现父亲，母亲，儿子，女儿的进程同步。
二、在公共汽车上，司机和售票员的活动分别是：司机的活动：启动车辆，正常行车，到站停车。
售票员的活动：上下乘客，关车门，售票，开车门，上下乘客。
在汽车不停的到站，停站，行驶过程中，这两个活动有什么同步关系？用信号量和P，V操作实现它们的同步。
三、某寺庙，有小，老和尚若干，有一个水缸，有小和尚提水入缸供老和尚饮用。
水缸可以放10桶水，水从一个井里面提。
水井狭窄，每次只能容纳一个桶取水。
水桶总数为3个。
每次入、取缸水只能是1桶，且不可以同时进行。
试给出取水，入水的算法描述。
四、一个快餐厅有4类职员：（1）领班：接受顾客点菜，出菜单；（2）厨师：根据菜单，准备顾客的饭菜；（3）打包工：将做好的饭菜打包；（4）出纳员：收款并提交食品。
每个职员可被看作一个进程，试用一种同步机制写出能让四类职员正确并发运行的程序。
五、假设有一个作业由四个进程组成，这四个进程在运行时必须按如图所示的次序依次执行，试用P,V原语表达四个进程的同步关系：六、观察者和报告者是两个并发执行的进程，观察者不断观察并对通过的卡车计数，报告者定时的将观察者的计数值打印，打印完毕，将计数值清零。
七、假定阅览室最多可同时容纳100个人阅读，读者进入时，必须在阅览室门口的一个登记表上登记，内容包括姓名、座号等，离开时要撤掉登记内容。
用P、V操作描述读者进程的同步算法。
操作系统PV操作习题
操作系统PV操作习题1. 问题描述在并发编程中，进程间的同步与互斥是非常重要的。
信号量机制（Semaphore）提供了一种有效地实现这些目标的方法。
本文档将介绍关于PV操作（P和V操作）相关概念，并给出一些习题以帮助读者更好地理解。
2. PV 操作简介2.1 P 操作：- 等待一个资源可用。
- 如果该资源不可用，则阻塞当前进程直到它变为可用状态。
- 当前进程获得该资源后，可以执行相应任务。
2.2 V 操作：- 发布或释放一个已经被占有的资源。
- 唤醒等待此资源而处于阻塞状态下的其他进程。
3. PV 示例及其分析假设我们有两个线程 A 和 B 需要访问共享数据 X：```// 共享数据 X 的初始值为 0int X = 0;Thread A:while (true) {// 进行 P(X) 操作来获取对共享数据X进行修改/使用权限 P(X);// 执行需要对共享数据X进行修改/使用处理// 完成后通过 V(X) 来释放控制权,使其他线城能够访问到公众区域.V(x);}Thread B:while (true) {// 进行 P(X) 操作来获取对共享数据X进行修改/使用权限 P(x);// 执行需要对共享数据X进行修改/使用处理V(x); 通过V操作释放控制权,使其他线程能够访问到公众区域.}```4. PV 操作习题问题1：假设在上述示例中，A 线程执行完一次循环后被 B 线程抢占了 CPU。
那么当 A 再次获得CPU时会发生什么？解答：- 当 A 获得 CPU 后，它将继续从之前的状态恢复运行。
- 因为 X 的值已经是非零（由于 B 已经完成过一轮），所以 A 不会阻塞并可以直接进入临界区。
问题2：如果我们不用信号量机制而只依赖互斥锁实现同步和互斥性质，在这个场景下可能出现哪些问题？请详细说明。
解答：- 如果只依赖互斥锁，则无法保证资源可用性检查与等待期间的原子性。
- 在某个线城判断资源是否可用，并尚未加锁时，另一个线城也同时判断该资源是否可用；- 结果两者都认为该资源是空闲的，并试图去申请锁；- 这样就会导致两个线程同时进入临界区，造成数据竞争和不一致性。
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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S³0，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S³0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<0时，表示已经没有可用资源，请求者必须等待别的进程释放该类资源，它才能运行下去。
而执行一个V操作意味着释放一个单位资源，因此S 的值加1；若S£0，表示有某些进程正在等待该资源，因此要唤醒一个等待状态的进程，使之运行下去。
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。
PV操作(二)
【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);
}
消费者进程
while(True){
P(full);
从Buffer取出一个产品;
V(empty);
消费该产品;
}
（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)mod n；
V(full);
}
消费者进程
while(TRUE){
P(full);
从buffer（out）中取出产品；
out=(out+1)mod n；
V(empty);
消费该产品;
}
（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)mod n；
V(mutex1);
V(full);
}
消费者进程
while(TRUE){
P(full);
P(mutex2)；
从buffer（out）中取出产品； out=(out+1)mod n；
V（mutex2）；
V(empty);
消费该产品;
}
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：在本题中，应设置三个信号量S、So、Sa，信号量S表示盘子是否为空，其初值为l；信号量So表示盘中是否有桔子，其初值为0；信号量Sa表示盘中是否有苹果，其初值为0。
同步描述如下：int S＝1;
int Sa＝0;
int So＝0;
main()
{
cobegin
father(); /*父亲进程*/ son(); /*儿子进程*/ daughter(); /*女儿进程*/ coend
｝
father()
{
while(1)
{
P(S);
将水果放入盘中;
if（放入的是桔子）V(So); else V(Sa);
}
}
son()
{
while(1)
{
P(So);
从盘中取出桔子; V(S);
吃桔子;
｝
}
daughter()
{
while(1)
{
P(Sa);
从盘中取出苹果; V(S);
吃苹果;
｝
｝
思考题：
四个进程A、B、C、D都要读一个共享文件F，系统允许多个进程同时读文件F。
但限制是进程A和进程C不能同时读文件F，进程B和进程D也不能同时读文件F。
为了使这四个进程并发执行时能按系统要求使用文件，现用PV操作进行管理，请回答下面的问题：
（1）应定义的信号量及初值：。
（2）在下列的程序中填上适当的P、V操作，以保证它们能正确并发工作：
A() B() C() D()
{ { { {
[1]; [3]; [5]; [7];
read F; read F; read F; read F;
[2]; [4]; [6]; [8];
} } } }
思考题解答：
（1）定义二个信号量S1、S2，初值均为1，即：S1=1，S2=1。
其中进程A和C使用信号量S1，进程B和D使用信号量S2。
（2）从[1]到[8]分别为：P(S1) V(S1) P(S2) V(S2) P(S1) V(S1) P(S2) V(S2)
11。