PV操作（操作系统）

在操作系统中,进程之间经常会存在互斥(都需要共享独占性资源时) 和同步(完成异步的两个进程的协作)两种关系.为了有效的处理这两种情况,狄克斯特拉(W.Dijkstra)在1965年提出信号量 (semaphore)和PV操作.

PV操作是一种实现进程互斥与同步的有效方法。PV操作与信号量的处理相关，P表示通过的意思，V表示释放的意思。

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。

原理

用PV操作来管理共享资源时，首先要确保PV操作自身执行的正确性。由于P(S)和V(S)都是在同一个信号量S上操作，为了使得它们在执行时不发生因交叉访问信号量S而可能出现的错误，约定P(S)和V(S)必须是两个不可被中断的过程，即让它们在屏蔽中断下执行。把不可被中断的过程称为原语。于是，P操作和V操作实际上应该是P操作原语和V操作原语。

P操作的主要动作是：
①S减1；
②若S减1后仍大于或等于0，则进程继续执行；
③若S减1后小于0，则该进程被阻塞后放入等待该信号量的等待队列中，然后转进程调度。

V操作的主要动作是：
①S加1；
②若相加后结果大于0，则进程继续执行；
③若相加后结果小于或等于0，则从该信号的等待队列中释放一个等待进程，然后再返回原进程继续执行或转进程调度。

PV操作对于每一个进程来说，都只能进行一次，而且必须成对使用。在PV原语执行期间不允许有中断发生。原语不能被中断执行，因为原语对变量的操作过程如果被打断，可能会去运行另一个对同一变量的操作过程，从而出现临界段问题。如果能够找到一种解决临界段问题的元方法，就可以实现对共享变量操作的原子性。

应用

实现进程的同步

要实现进程的同步就必须提供一种机制，该机制能把其他进程需要的消息发送出去，也能测试自己需要的消息是否到达。把能实现进程同步的机制称为同步机制。不同的同步机制实现同步的方法也不同。PV操作和管程是两种典型的同步机制。在这里，只介绍怎样用PV操作实现进程间的同步。

我们已经知道怎样用PV操作来实现进程的互斥。事实上，PV操作不仅是实现进程互斥的有效工具，而且还是一个简单而方便的同步工具。用一个信号量与一个消息联系起来，信号量的值为0表示期望的消息尚未产生；信号量的值为非0表示期望的消息已经存在。假定用信号量S表示某个消息，现在来看看怎样用PV操作达到进程同步的目的。
(1)调用P操作测试消息是否到达
任何进程调用P操作可测试到自己所期望的消息是否已经到达。若消息尚未产生，则S=0，调用P(s)后，P(S)一定让调用者成为等待信号量S的状态，即调用者此时必定等待直到消息到达；若消息已经存在，则S≠0，调用P(S)后，进程不会成为等待状态而可继续执行，即进程测试到自己期望的消息已经存在。
(2)调用V操作发送消息
任何进程要向其他进程发送消息时可调用V操作。若调用V操作之前S=0，表示消息尚未产生且无等待消息的进程，则调用V(S)后，V(s)执行S:=S+1使S≠0，即意味着消息已存在；若调用V操作之前S<0，表示消息未产生前已有进程在等待消息，则调用V(S)后将释放一个等待消息者，即表示该进程等待的消息已经到达，可以继续执行。
在用PV操作实现同步时，一定要根据具体的问题来定义信号量和调用P操作或V操作。一个信号量与一个消息联系在一起，当有多个消息时必须定义多个信号量；测试不同的消息是否到达或发送不同的消息时，应对不同的信号量调用P操作或V操作。

实现进程互斥

用PV操作可实现并发进程的互斥，其步骤如下。
(1)设立一个互斥信号量S，表示临界区，其取值为1，0，-1，…其中，S=1表示无并发进程进入S临界区；S=0表示已有一个并发进程进入了S临界区；S等于负数表示已有一个并发进程进入S临界区，且有|S|个进程等待进入S临界区，S的初值为1。 [1]
(2)用PV操作表示对S临界区的申请和释放。在进入临界区之前，通过P操作进行申请，在退出临界区之后，通过V操作释放。

进程通常分为就绪、运行和阻塞三种工作状态。

三种状态在某些条件下可以转换，具体转换关系如下：
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