简述信号量和pv操作
操作系统信号量与PV操作
操作系统信号量与PV操作操作系统中的信号量是一种并发控制机制，用于对进程间共享的资源进行同步和互斥操作。
PV操作（也称为P操作和V操作）是信号量的两个基本操作，用于实现对信号量的减操作和增操作。
下面将详细介绍信号量和PV操作的概念、原理和应用。
一、信号量的概念：信号量是一种用于进程间通信和同步的工具，通过对信号量的操作来实现对共享资源的控制。
信号量的初值为非负整数，可以看作是一个计数器。
信号量的值表示可用资源的数量，当值大于0时表示有可用资源，当值为0时表示没有可用资源，当值小于0时表示有进程等待资源。
二、PV操作的原理：PV操作是对信号量进行加减操作，具体含义如下：1. P操作（wait操作）：当进程需要使用一个资源时，首先执行P 操作。
P操作将信号量的值减1，如果值小于0，则进程被阻塞，等待资源的释放。
2. V操作（signal操作）：当进程使用完一个资源后，需要释放资源，此时执行V操作。
V操作将信号量的值加1，如果值小于等于0，则唤醒等待资源的进程。
三、应用场景：信号量和PV操作在许多操作系统中被广泛应用，常见的应用场景如下：1.进程同步：信号量用于控制多个进程的执行顺序和互斥访问共享资源，确保进程间的顺序执行和资源的正确访问。
例如多个进程需要按照一定的顺序执行，可以使用信号量控制进程的执行顺序；多个进程需要互斥地访问一些共享资源，可以使用信号量进行同步。
2.互斥锁：信号量可以用于实现互斥锁，防止多个进程同时访问临界区。
通过将信号量初值设为1，并在进程需要访问临界区时执行P操作，实现对临界区的互斥访问。
3.生产者-消费者问题：信号量可以用于解决生产者-消费者问题，其中生产者和消费者共享一个有限大小的缓冲区。
通过定义两个信号量，一个表示空缓冲区的数量，一个表示满缓冲区的数量，可以实现生产者和消费者的同步和互斥访问。
4.读者-写者问题：信号量可以用于解决读者-写者问题，其中多个读者可以同时读取共享资源，但只有一个写者能够写入共享资源。
信号量与PV操作课件39页PPT
{produce an item in nextp};//生产一个产品
if (counter==k) //缓冲满时，生产者睡眠
sleep(producer);
buffer[in]=nextp;//将一个产品放入缓冲区
in=(in+1)%k; //指针推进
counter++; //缓冲内产品数加1
{consume the item in nextc};//消耗产品
}
}
生产者-消费者问题的算法描述(4)
生产者和消费者进程对counter 的交替执行会使其结果不唯一
生产者和消费者进程的交替执 行会导致进程永远等待
竞争条件(Race Condition)
counter++ could be implemented as
register1 = counter register1 = register1 + 1 count = register1 counter-- could be implemented as
register2 = counter register2 = register2 - 1 counter = register2 Consider this execution interleaving with “counter = 5” initially: S0: producer execute register1 = counter {register1 = 5} S1: producer execute register1 = register1 + 1 {register1 = 6} S2: consumer execute register2 = counter {register2 = 5} S3: consumer execute register2 = register2 - 1 {register2 = 4} S4: producer execute counter = register1 {counter = 6 } S5: consumer execute counter = register2 {counter = 4}
信号量及其pv操作的物理意义
一、概述信号量是操作系统中用于进程同步与互斥的一种重要机制。
它可以控制对共享资源的访问，保证多个进程在共享资源上的互斥访问，并且通过对信号量进行操作来实现进程的同步。
pv操作是信号量的重要操作之一，它可以控制信号量的值，并且在实现互斥、同步等功能时起到关键作用。
本文将探讨信号量及其pv操作的物理意义。
二、信号量的物理意义1. 信号量的基本概念信号量是由Dijkstra在1968年提出的一种同步机制，它是一个整型变量，用于对共享资源的访问进行控制。
信号量可以有两种类型：二进制信号量和计数信号量。
二进制信号量只能取0或1两个值，用于互斥操作。
计数信号量可以取多个非负整数值，用于资源管理。
信号量的物理意义在于通过对其进行操作来保证对共享资源的合理访问。
2. 信号量的物理意义当一个进程需要访问一个共享资源时，它首先要检查信号量的值。
如果信号量的值大于0，则进程可以访问该资源，同时将信号量的值减1，表示该资源被占用。
如果信号量的值等于0，则表示资源已被占用，进程需要等待，直至信号量的值大于0。
当进程释放资源后，需要将信号量的值加1，以通知其他等待进程资源可用。
这种对信号量进行加减操作的过程就是pv操作。
三、pv操作的物理意义1. pv操作的基本概念pv操作是对信号量进行操作的关键手段，它包括P操作和V操作两种。
P操作用于申请共享资源，V操作用于释放共享资源。
具体来说，P操作会将信号量的值减1，代表占用资源；而V操作会将信号量的值加1，代表释放资源。
这两种操作是互逆的，可以有效地控制对共享资源的访问。
2. pv操作的物理意义从物理意义上来讲，P操作和V操作影响着系统中的进程调度和资源分配。
当一个进程执行P操作时，它在获取资源之前会检查信号量的值，如果信号量的值大于0，即资源可用，进程会将信号量的值减1，表示资源被占用。
如果信号量的值等于0，则进程需要等待，直至信号量的值大于0。
而当一个进程执行V操作时，它会释放占用的资源，将信号量的值加1，以通知其他等待进程资源已经释放。
ch3-3.3信号量与PV操作
信号量和PV操作解决机票问题(2)
• • • • • • • • • • • • • • • • ARRAY[1..m] integer; /*表示 种票* 表示m Var A : ARRAY[1..m] OF integer; /*表示m种票*/ ARRAY[1..m] semaphore; /*表示每种票的变量临 表示每种票的变量临* s : ARRAY[1..m] OF semaphore; s[j] := 1; /*表示每种票的变量临*/ /*界资源都设一个信号量 Cobegin /*界资源都设一个信号量 process Pi Xi:integer; var Xi:integer; begin L 1: 按旅客定票要求找到A[j] A[j]； 按旅客定票要求找到A[j]； P(s[j]) A[j]; Xi := A[j]; Xi>=1 if Xi>=1 Xi:=Xi- A[j]:=Xi; V(s[j]); 输出一张票； end; then begin Xi:=Xi-1; A[j]:=Xi; V(s[j]); 输出一张票； end; V(s[j]);输出票已售完；end; else begin V(s[j]);输出票已售完；end; goto L1; end; end; coend; coend;
3.3.2 信号量与P、V操作—同步工具
信号量与P 信号量与P、V操作的定义 操作的定义
（E.W.Dijkstra）原始定义（书上：整形信号量） • 信号量s是一个非负整形变量，除初始化外，仅能通 过P、V操作所访问（改变） • P(s)操作：当信号量s大于0时，把信号量s减1，否 则调用P(s)的进程等待直到信号量s大于0。 • V(s)操作：把信号量s加1 用类PASCAL语言描述PV操作的功能如下： 用类PASCAL语言描述PV操作的功能如下： PASCAL语言描述PV操作的功能如下 P(s)： s≤0 P(s)：while s≤0 do null operation =ss：=s-1； V(;1；
信号量和pv操作
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≥0，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≥0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。
信号量 p、v操作,利用信号量实现互斥的方法-概述说明以及解释
信号量p、v操作，利用信号量实现互斥的方法-概述说明以及解释1.引言1.1 概述信号量（Semaphore）是一种重要的同步工具，在并发编程中起到了关键的作用。
它是由荷兰计算机科学家艾兹赫尔·迪科斯彻兹于1965年提出的。
信号量可以用于控制对共享资源的访问，实现进程或线程之间的互斥和同步。
在计算机系统中，多个进程或线程可能需要同时访问某个共享资源，这时就会引发竞争条件（Race Condition）问题。
竞争条件会导致数据不一致性和程序错误，为了解决这个问题，需要引入互斥机制来保证共享资源在任意时刻只能被一个进程或线程访问。
信号量的引入能够有效地解决互斥问题。
它通过一个计数器来控制对共享资源的访问。
这个计数器被称为信号量的值，其可以是一个非负整数。
当信号量的值大于等于0时，表示共享资源可用，进程可以继续访问。
当信号量的值小于0时，表示共享资源不可用，进程需要等待其他进程释放该资源后才能继续访问。
信号量的实现依赖于两个操作：P（Proberen）和V（Verhogen）。
P操作用于申请共享资源，即进程想要对共享资源进行访问时，必须先进行P操作。
如果信号量的值大于等于1，即资源可用，那么P操作会将信号量的值减1，并允许进程继续访问共享资源。
如果信号量的值小于1，即资源不可用，那么进程就需要等待。
V操作用于释放共享资源，即进程访问完共享资源后，必须进行V操作，将信号量的值加1，以便其他进程可以访问该资源。
利用信号量实现互斥的方法，就是通过对共享资源进行P和V操作，来控制对资源的访问。
在访问共享资源之前，进程需要先执行P操作锁定资源，访问完毕后再执行V操作释放资源。
这样就能够保证在任意时刻只有一个进程能够访问共享资源，实现了互斥。
总结起来，信号量是一种重要的同步工具，通过P和V操作可以实现对共享资源的互斥访问。
利用信号量实现互斥的方法可以有效地解决竞争条件问题，保证数据的一致性和程序的正确性。
操作系统pv操作
操作系统pv操作操作系统 PV 操作在操作系统中，PV 操作是一种非常重要的同步机制，用于解决进程之间的互斥和同步问题。
这一概念对于理解操作系统的工作原理和提高系统的效率至关重要。
首先，让我们来搞清楚什么是 PV 操作。
P 操作和 V 操作是两个原语操作，P 操作也被称为 wait 操作，V 操作也被称为 signal 操作。
它们通过对信号量进行操作来实现进程之间的协调。
信号量是一个整型变量，它与一个队列相关联。
这个队列用于存放等待该信号量的进程。
P 操作会减少信号量的值，如果信号量的值小于0，那么执行 P 操作的进程就会被阻塞，并放入等待队列中。
而 V 操作会增加信号量的值，如果等待队列中有进程，那么就会唤醒其中的一个进程。
为了更好地理解 PV 操作，我们来看一个简单的例子。
假设有两个进程，进程 A 和进程 B，它们都要访问一个共享资源，比如打印机。
我们可以使用一个信号量 S 来控制对打印机的访问。
初始时，S 的值为 1，表示打印机可用。
当进程 A 想要使用打印机时，它先执行 P 操作。
此时，S 的值减 1 变为 0。
如果此时进程 B 也想要使用打印机并执行 P 操作，那么 S 的值就会变为－1，进程 B 就会被阻塞，进入等待队列。
当进程 A 使用完打印机后，它执行 V 操作，S 的值加 1 变为 0，此时会从等待队列中唤醒进程 B，进程 B 就可以获得打印机的使用权。
PV 操作在解决进程互斥问题上发挥着重要作用。
比如在多个进程同时访问同一块内存区域时，我们可以通过 PV 操作来保证在同一时刻只有一个进程能够访问，从而避免数据的混乱和错误。
除了互斥，PV 操作还能用于实现进程同步。
比如说，有一个生产者进程和一个消费者进程，生产者负责生产产品并放入缓冲区，消费者从缓冲区取出产品进行消费。
我们可以设置两个信号量，一个表示缓冲区是否为空，一个表示缓冲区是否已满。
当缓冲区为空时，消费者进程执行 P 操作会被阻塞，直到生产者生产了产品并执行 V 操作来通知消费者。
信号量与PV操作
其中
•W(s.list)和R(s.list)是操作系统的基本系统调用， •W(s.list)表示把调用它的进程置成等待信号量s状态， 并移入s信号量队列，同时释放CPU，转向进程调度； •R(s.list)表示释放一个等待s信号量的进பைடு நூலகம்，转换成 就绪态并且移入就绪队列，执行该操作的进程继续执 行（时间片未到期）或者转向进程调度（时间片已到 期）。 •进程从队列中移出时的次序按照FCFS算法，被阻塞的 时间越长的进程越优先出队，一避免饥饿现象。
信号量的分类 •信号量按其用途分为2种： 公用信号量：初值常常为1，用来实现进程间的互斥。相关进 程均可对其执行P、V操作。 私有信号量：初值常常为可用资源数，多用来实现进程同步。 拥有该信号量的一类进程可以对其执行P操作，而另一类进程 可以对其执行V操作，多用于并发进程的同步。 •信号量按照取值可以分为两种： 二元信号量： 仅允许取0和1，主要用于解决进程互斥； 一般信号量（计数信号量）：允许取任意整数值，主要用于 解决进程同步问题。
} coend
A[m]; int A[m]; semaphore s; s = 1; cobegin
A[m]; int A[m]; s[m]; semaphore s[m]; j=0 j<m; For(int j=0;j<m;j++) { s[j] := 1; ] cobegin process Pi(){ Xi; int Xi; 按旅客定票要求找到 A[j] P(s[j]) Xi= A[j]; A[j]; If(Xi>=1 If(Xi>=1){ Xi=XiA[j]=Xi; Xi=Xi-1; A[j]=Xi; V(s[j]); V(s[j]); 输出一张票 ； ；
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简述信号量和pv操作
信号量和PV操作
一、引言
信号量（Semaphore）是一种用于进程间同步和互斥的机制。
PV 操作是对信号量进行操作的两种基本操作，分别用于对信号量进行P（Proberen）操作和V（Verhogen）操作。
本文将对信号量和PV操作进行详细的介绍和解析。
二、信号量的定义
信号量是一个整型变量，用于实现进程间的同步和互斥。
它可以用来控制对共享资源的访问。
信号量的值可以为正、零或负。
当一个进程需要访问某个共享资源时，它必须先检查信号量的值。
如果值大于零，则可以继续访问资源，并将信号量的值减1；如果值等于零，则进程需要等待；如果值小于零，则进程需要进入阻塞状态。
三、PV操作的介绍
PV操作是对信号量进行操作的两种基本操作。
P操作（Proberen）用于申请资源，V操作（Verhogen）用于释放资源。
1. P操作（Proberen）
P操作用于申请资源。
当一个进程需要访问某个共享资源时，它需要执行P操作。
P操作会检查信号量的值，如果值大于零，则进程可以继续访问资源，并将信号量的值减1；如果值等于零，则进程
需要等待。
P操作是一个原子操作，确保了进程之间的互斥性，避免了竞争条件的发生。
2. V操作（Verhogen）
V操作用于释放资源。
当一个进程使用完某个共享资源后，它需要执行V操作来释放资源。
V操作会将信号量的值加1，表示有一个资源可用。
如果有其他进程正在等待资源，则会唤醒其中一个进程，使其可以继续执行。
四、信号量的应用场景
信号量和PV操作在操作系统中有广泛的应用场景，以下是几个常见的应用场景：
1. 进程间的同步
当多个进程需要按照一定的顺序执行时，可以使用信号量来实现进程间的同步。
通过设置合适的信号量值，可以控制进程的执行顺序，避免竞争条件的发生。
2. 进程间的互斥
当多个进程需要访问共享资源时，可以使用信号量来实现进程间的互斥。
通过设置信号量的初始值为1，每个进程在访问共享资源之前执行P操作，如果信号量的值为1，则进程可以继续执行；如果信号量的值为0，则进程需要等待。
3. 读者-写者问题
读者-写者问题是一个经典的同步问题，要求实现多个读者和写者的并发访问。
可以使用信号量来解决读者-写者问题，通过设置合适的信号量值和PV操作的顺序，可以实现读者和写者的互斥访问。
4. 生产者-消费者问题
生产者-消费者问题是另一个经典的同步问题，要求实现多个生产者和消费者的并发访问。
可以使用信号量来解决生产者-消费者问题，通过设置合适的信号量值和PV操作的顺序，可以实现生产者和消费者的互斥访问。
五、总结
信号量和PV操作是一种用于进程间同步和互斥的机制。
通过设置合适的信号量值和执行PV操作，可以实现进程的同步和互斥访问。
信号量和PV操作在操作系统中有广泛的应用场景，例如进程间的同步、进程间的互斥、读者-写者问题和生产者-消费者问题等。
掌握信号量和PV操作的原理和应用场景对于理解和设计并发程序非常重要。