linux PV操作理解

程序通常分為就緒、執行和阻塞三個工作狀態。三種狀態在某些條件下可以轉換，三者之間的轉換關係如下：

程序三個狀態之間的轉換就是靠pv操作來控制的。pv操作主要就是p操作、v操作和訊號量。其中訊號量起到了至關重要的作用。

訊號量

訊號量是最早出現的用來解決程序同步與互斥問題的機制。　

訊號量（saphore）由乙個值和乙個指標組成，指標指向等待該訊號量的程序。訊號量的值表示相應資源的使用情況。訊號量s>=0時，s表示可用資源的數量。執行一次p操作意味著請求分配乙個資源，因此s的值減1；當s<0時，表示已經沒有可用資源，s的絕對值表示當前等待該資源的程序數。請求者必須等待其他程序釋放該類資源，才能繼續執行。而執行乙個v操作意味著釋放乙個資源，因此s的值加1；若s<0，表示有某些程序正在等待該資源，因此要喚醒乙個等待狀態的程序，使之執行下去。

注意，訊號量的值只能由pv操作來改變。

關於pv操作容易產生的一些疑問：

1，s大於0那就表示有臨界資源可供使用，為什麼不喚醒程序？

s大於0的確表示有臨界資源可供使用，也就是說這個時候沒有程序被阻塞在這個資源上，所以不需要喚醒。

2，s小於0應該是說沒有臨界資源可供使用，為什麼還要喚醒程序？

v原語操作的本質在於：乙個程序使用完臨界資源後，釋放臨界資源，使s加1，以通知其它的程序，這個時候如果s<0，表明有程序阻塞在該類資源上，因此要從阻塞佇列裡喚醒乙個程序來「轉手」該類資源。比如，有兩個某類資源，四個程序a、b、c、d要用該類資源，最開始s=2，當a進入，s=1，當b進入s=0，表明該類資源剛好用完，當c進入時s=-1，表明有乙個程序被阻塞了，d進入，s=-2。當a用完該類資源時，進行v操作，s=-1，釋放該類資源，因為s<0，表明有程序阻塞在該類資源上，於是喚醒乙個。

3，如果是互斥訊號量的話，應該設定訊號量s=1，但是當有5個程序都訪問的話，最後在該訊號量的煉表裡會有4個在等待，也是說s=-4，那麼第乙個程序執行了v操作使s加1，釋放了資源，下乙個應該能夠執行，但喚醒的這個程序在執行p操作時因s<0，也還是執行不了，這是怎麼回事呢？

當乙個程序阻塞了的時候，它已經執行過了p操作，並卡在臨界區那個地方。當喚醒它時就立即進入它自己的臨界區，並不需要執行p操作了，當執行完了臨界區的程式後，就執行v操作。

4，s的絕對值表示等待的程序數，同時又表示臨界資源，這到底是怎麼回事？

當訊號量s小於0時，其絕對值表示系統中因請求該類資源而被阻塞的程序數目.s大於0時表示可用的臨界資源數。注意在不同情況下所表達的含義不一樣。當等於0時，表示剛好用完。

關於pv操作部分的內容，其實算不上什麼新的東西。但是它對於我們理解訊號量、訊息處理部分的工作還是有很大幫助的。之前我們給出了乙個win32的處理方案，但是實現的比較草率。所以我們今天可以利用linux上的訊號量函式把這個功能重新實現一遍。

（1）linux下面訊號量的基本函式

a）建立訊號量 sem_init

b）等待訊號量 sem_wait

c）釋放訊號量 sem_pos

d）刪除訊號量 sem_destroy

（2）編寫pv操作函式

之前在編寫pv操作的時候，沒有考慮到訊息處理的時序問題，所以在某些極端的情況下可能會造成一些問題。所以本次pv操作採用了迴圈佇列的形式，保持了訊息的先後入隊順序。這樣對於執行緒收到的各種訊息就可以依次進行處理解決了。同樣，我們檔案編譯的方法非常簡單，shell下輸入gcc sem.c -g -o sem -lpthread即可。

可能有同學會問，單獨的迴圈佇列和pv操作處理上有什麼差別？其實差別很簡單，pv可以是不同執行緒向乙個執行緒傳送訊息，而迴圈佇列只能接受乙個執行緒傳送的訊息，否則處理上就麻煩了。

[cpp]view plain

copy

#include

struct

msg

; #define status int

#define true 1

#define false 0

static

struct

msg* p_msg = null;

struct

msg* alloc_msg(

intcount)

memset(p_msg, 0, sizeof

(struct

msg));

p_msg->count = count;

p_msg->p_buffer = (int

*)malloc(

sizeof

(int

)* count);

if(null == p_msg->p_buffer)

sem_init(&p_msg->s_empty, 0, count);

sem_init(&p_msg->s_full, 0, 0);

sem_init(&p_msg->s_msg, 0, 1);

return

p_msg;

error2:

free(p_msg);

error1:

return

; }

void

del_msg(

struct

msg* p_msg)

sem_destroy(&p_msg->s_msg);

sem_destroy(&p_msg->s_full);

sem_destroy(&p_msg->s_empty);

free(p_msg);

} }

status put_msg(struct

msg* p_msg,

intdata)

sem_wait(&p_msg->s_empty);

sem_wait(&p_msg->s_msg);

p_msg->p_buffer[p_msg->start] = data;

p_msg->start = (p_msg->start + 1) % p_msg->count;

sem_post(&p_msg->s_msg);

sem_post(&p_msg->s_full);

return

true;

} status get_msg(struct

msg* p_msg,

int* p_buf)

sem_wait(&p_msg->s_full);

sem_wait(&p_msg->s_msg);

p_buf[0] = p_msg->p_buffer[p_msg->end];

p_msg->end = (p_msg->end + 1)% p_msg->count;

sem_post(&p_msg->s_msg);

sem_post(&p_msg->s_empty);

return

true;

} void

* set_func(

void

* args)

return

null;

} void

* get_func(

void

* args)

return

null;

} int

main(

intargc,

char

* argv)

if(pthread_create(&pid1, null, set_func, null))

if(pthread_create(&pid2, null, get_func, null))

while

(1)

end:

return

}

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