PV操作原语

PV操作是基于信号量模式实现进程互斥,同步的机制; 在OS, CPU，高级语言层面的锁， 消费者生产者模式 均有使用其设计思想; 比如java里就提供有Semaphore(这里牵涉到AQS, CAS是另一个话题),简单知识整理一下；
P操作， V操作， S信号量;

• P操作， 线程对S 执行+1操作; 如果S >= 0 则继续执行，否则线程阻塞;
• V操作， 线程对S执行-1操作，如果S<0 则从被阻塞的线程中挑选一个执行；否则继续执行;
  主要原则：
• 如果要对一个/类资源同步需要2个信号量（无论有多少线程参与）；如果要对一个/类资源互斥，只需要一个信号量(无论多少线程参与);
• P,V,操作一定是成对出现在一个线程操作中,但是并不需要操作的都是同一个信号量;

下面举3个例子；

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• 互斥操作，S = 1(S > 0 意味着资源可用); A, B之间就同一个资源互斥；

//线程A
while(true){
    P(S);
    doSomething1(); //操作资源
    V(S);
}

//线程B
while(true){
    P(S);
    doSomething2();//操作资源;
    V(S);
}

• 简单同步操作， 信号量S1(> 0 它代表一资源可用)， 信号量S2(> 0 它代表一资源不可用); 初始值 S1 = 0, S2 = 1；
  P.S.上面定义信号量似乎显得有点累赘, 因为似乎可以用一个信号量 是否大于小于0去判断资源是否可用
  而实际情况是一个信号量是无法表征出所需要的全部状态, 比如S1 = 1, S2 = 1这种case是不存在的
  但是S1 = 0, S2 = 0 状态是存在的，它表明资源正在生产中
  即对于一个信号量而言只有 > 0 它代表了某种意义, 而小于<= 0 没有意义

//线程A 它是生产者 
while(true){
    P(S2)
    produce();
    V(S1);
}

//线程B， 它是消费者
while(true){
    P(S1)
    consume();
    V(S2);
}

• 一个复杂的多生产者生产者 带缓冲区的模式， 它是上面的 同步 和 互斥模式的复合;
  假设存在一组生产者线程A, 一组消费者线程B; 和一个共享的产品缓冲器Buffer;
  注意这里资源竞争是发生在buffer上，它有3个维度， 插入buffer的竞争， 从buffer取出的竞争， 以及buffer大小； 其中插入，取出是需要互斥的操作，buffer大小控制是同步操作，所以需要4个信号量；
  产品本身的生产 和 消费假设不占用任何资源，生产者 和 消费者 可以在插入buffer之前生产好，或者从buffer取出后再消费，这部分就不体现在伪码中
  X = 0 (X > 0 意味着缓冲区存在可用产品， n为缓冲器大小);
  Y = n (Y > 0 意味着缓冲区不存在可用产品);
  S1 = 1(S1 > 0 意味着生产者可以向Buffer添加产品)；
  S2 = 1(S2 > 0 意味着消费者可以向Buffer提取产品)；
  input = 0( 0 <= input <= n-1) 当前插入产品的位置;
  output =0( 0<= output <= n-1 )当前可消费产品位置;

//线程组A 生产者
while(true){
     P(Y); 
     P(S1); // 与其他生产者进行互斥；
     input = (input + 1) mod n; //插入生产的产品, 并将可插入位置前移;
     V(S1);
     V(X);
}

//线程组B 消费者
while(true){
      P(X);
      P(S2); //与其他消费者进行互斥；
      output = (output + 1) mod n //消费产品，并将可消费位置前移;
      V(S2);
      V(Y);
}