Operating System-进程/线程内部通信-信号量和PV操作

本文介绍操作系统进程管理的两个核心概念：

• 信号量
• PV操作

一、信号量介绍

1.1 信号量引入

信号量（Semaphore）1965年由Dijkstra引入的。信号量一般由一个值是一个变量，其值有可能是0，或者一个正数，或者是负数：

• 0表示没有资源可以使用
• 大于0，标识可用资源的数量
• 小于0，其绝对值表示等待这个资源的进程的个数

针对信号量，Dijkstra提出了两个操作：

• P操作
• V操作

信号量的值只有通过PV操作来完成。

1.2 PV原语操作（atomic action）

PV操作里面会有一些列步骤，这些步骤是一个原语操作（atomic action），类似于数据库的事务，要么同时成功，要么同时失败。

二、P操作

P操作流程

P操作核心：如果有资源（信号量大于0），则继续执行，否则阻塞自己（处于睡眠等待信号量的状态）

三、V操作

V操作流程

四、关键点

• P/V操作必须成对出现，这样就不会出现死循环

• 信号量大于0的确表示有临界资源可供使用，而且这个时候没有进程被阻塞在这个资源上，也就是说没有进程因为得不到这类资源而阻塞，所以没有被阻塞的进程，自然不需要唤醒。

• 原语操作的本质在于：一个进程使用完临界资源后，释放临界资源，使信号量加1，以通知其它的进程，这个时候如果信号量<=0，表明有进程阻塞在该类资源上，因此要从阻塞队列里唤醒一个进程来“转手”该类资源。比如，有2个某类资源，三个进程A、B、C、D要用该类资源，最开始信号量=2，当A进入，信号量=1，当B进入信号量=0，表明该类资源刚好用完，当C进入时信号量=-1，表明有一个进程被阻塞了（C会被阻塞），D进入，信号量=-2（D继续阻塞）。当A用完该类资源时，进行V操作，信号量=-1，释放该类资源，而这时信号量<0,表明有进程阻塞在该类资源上，于是唤醒一个。

• 当一个进程阻塞了的时候，它已经执行过了P操作，并卡在临界区那个地方。当唤醒它时就立即进入它自己的临界区，并不需要执行P操作了，当执行完了临界区的程序后，就执行V操作。

• 当信号量信号量小于0时，其绝对值表示系统中因请求该类资源而被阻塞的进程数目。S大于0时表示可用的临界资源数。注意在不同情况下所表达的含义不一样。当等于0时，表示刚好用完。