信号量机制（PV操作）

信号量机制处理互斥关系：

PV操作可以有效地实现对临界区的管理

        设置一个公共信号量s，同时提供两个基于该信号量上的原语操作：P（s）、V（s）

代码实现过程：

P(s)  //检测锁状态并上锁
{
    s--;
    if(s<0)   
    wait(调用p操作的进程);
//wait为阻塞原语，作用是将括号中的进程置于阻塞态
}
V(s) //解锁
{
    s++;
    if(s<=0)
    release(等待队列)
//release为唤醒原语，唤醒一个等待队列中的进程
}

具体实现方式：

        先将信号量s初值置为1（s=1），之后要求每个进入临界区执行的进程执行P操作，离开临界区之前执行V操作，所有试图进入临界区的进程均要求如此。

一个进程执行PV操作的过程：

注：此方式可确保临界区的正确管理

PV操作不仅可以有效管理临界区，还可以管理具体某类资源。设某类资源的数量为n。则设信号量s的初始值为n，执行p操作申请资源，执行V操作释放资源。（执行过程还是如上图所示）

信号量s的取值范围 （s<=n）

1. s=n,        说明：n个资源可用
2. 0
3. s=0，      说明：资源已全部分配，无等待进程
4. s<0,        说明：|s|个等待进程，n个进程正在使用资源。

信号量机制处理同步关系：

      同步实现的基础是建立在同步多方的沟通交流机制。因为互斥关系处理中涉及到公共信号量s，实际上信号量s也是一种多方的沟通交流机制，故同步关系的处理也可以接触PV操作进行。

与处理互斥关系不同：

1、同步关系的处理的信号量s的初值依据具体问题的初始状态来定，信号量的数量（定多少个s）是由多少个通信方向的数量来定，信号量的大小（S的大小）根据资源的大小而定。

2、P（s）的意义：用来检测对方发送的信息是否到达；V（s）的意义：用来向对方发送信息。

注：默认在初始情况下，Q进程已经向P进程发送了信息。

在下例中，s1=0表示：在初始情况下，P还没有向Q发送信息；s2=1表示：初始情况下，默认Q已经向P发送了信息。

例：缓冲区看作一个资源。

进程实现代码：

//P进程代码
while(1)
{
    ...
   准备字符
    P(s2)//检测Q向P发送的信息是否到达,如果到达则继续执行，反之不执行（挂起）
   向缓冲区输入字符
    V(s1)//向Q发送信息
    ...
}



//Q进程代码
while(1)
{
    P(s1)//检测P向Q发送的信息是否到达
    读出字符并打印字符
    V(s2)//向P发送信息
    ...
}

 信号量处理同步互斥关系：

例子：生产者与消费者问题

问题描述： 

有M个生产者不断生产产品（可以看作一个工厂有M个车间），每个生产者每生产出一个产品均推入产品仓库（每一次只可一个产品入库），仓库最多可放K个产品，有N个消费者（可以看作工厂的代理商）不断从仓库取产品消费，要求每个消费者每次只能取一个产品，且任何时候都只能让一个生产者或消费者进入仓库。对该问题进行同步处理使得产品不会滞销也不会脱销，仓库利用率最大。

问题模型：

解决思路：

     首先明确该问题中生产者们与消费者们之间的并发关系。并发过程中存在互斥关系（生产者与生产者之间；费者与消费者之间互斥访问仓库）和同步关系（生产者与消费者之间的同步关系）。

设仓库为Buff，大小为K，用数组表示，即Buff[K]

生产者与生产者之间，消费者与消费者之间都为互斥使用仓库，因此设一个公共互斥信号S，仓库即为互斥资源，S初值为1，即：S=1。

生产者与消费者之间是同步关系，设生产者向消费者发送的信息为S1，消费者向生产者发送的信息为S2，初始时可认为仓库为空，相当于消费者向生产者发送了信息告诉生产者可以往仓库放K个产品，反过来生产者告诉消费者能从仓库取0个产品，因此，S1=0，S2=K。

 设生产者放产品的位置为in，消费者取产品的位置为out，显然初始时：in=out=0

第i个生产者进程Pi

while（1）

{

    生产产品X；

    P（S）；//检查仓库是否有生产者在访问，互斥关系的P操作

  P（S2）；//检查消费者的信号是否到达，初始时认为消费者已发送信号给生产者，同步关系的P操作。

   Buff[in]=X；//将产品X放入仓库中in的位置

   in=(in+1)%K；//下一次放产品的位置（因为到了k后，k+1则需要指向Buff[0],通过除k取余的方式）

   V（S）;//用完了仓库，则让出仓库，互斥关系的V操作

    V(S1);//通知消费者仓库中新放进了一个产品，同步关系的V的操作

}

第j个消费者进程Cj

while（1）

{

   P(S);//检查仓库是否消费者在使用，互斥关系的P操作

   P(S1);//检测生产者的信号是否到达，初始时认为生产者未发送信号给消费者，同步关系的P操作

    Y=Buff[out]；//将产品Y从仓库out的位置取出

    out=(out+1)%K；//下一次取产品的位置

   V（S);//使用完仓库，让出仓库，互斥关系的V操作

    V(S2);//通知生产者仓库中被取走了一个产品，同步关系的V操作

}

注：具有同步和互斥关系中，要先处理同步关系，再处理互斥关系。