理解操作系统中进程之间通信的P操作和v操作
在操作系统理论中有⼀个⾮常重要的概念叫做P,V原语。在我们研究进程间的互斥的时候经常会引⼊这个概念，将P,V操作⽅法与加锁的⽅法相⽐较，来解决进程间的互斥问题。实际上，他的应⽤范围很⼴，他不但可以解决进程管理当中的互斥问题，⽽且我们还可以利⽤此⽅法解决进程同步与进程通信的问题。
[⼀]P,V原语理论
阐述P,V原语的理论不得不提到的⼀个⼈便是赫赫有名的荷兰科学家E.W.Dijkstra。如果你对这位科学家没有什么印象的话，提起解决图论中最短路径问题的Dijkstra算法应当是我们再熟悉不过的了。P,V原语的概念以及P,V操作当中需要使⽤到的信号量的概念都是由他在1965年提出的。
信号量是最早出现的⽤来解决进程同步与互斥问题的机制，包括⼀个称为信号量的变量及对它进⾏的两个原语操作。信号量为⼀个整数，我们设这个信号量为：sem。很显然，我们规定在sem⼤于等于零的时候代表可供并发进程使⽤的资源实体
数，sem⼩于零的时候，表⽰正在等待使⽤临界区的进程的个数。根据这个原则，在给信号量附初值的时候，我们显然就要设初值⼤于零。
p操作和v操作是不可中断的程序段，称为原语。P,V原语中P是荷兰语的Passeren，相当于英⽂的pass, V
是荷兰语的Verhoog，相当于英⽂中的incremnet。
P原语操作的动作是：
（1）      sem减1；
（2）若sem减1后仍⼤于或等于零，则进程继续执⾏；
（3）若sem减1后⼩于零，则该进程被阻塞后进⼊与该信号相对应的队列中，然后转进程调度。
V原语操作的动作是：
（1）      sem加1；
（2）若相加结果⼤于零，则进程继续执⾏；
（3）若相加结果⼩于或等于零，则从该信号的等待队列中唤醒⼀等待进程，然后再返回原进程继续执⾏或转进程调度。
需要提醒⼤家⼀点就是P,V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。且在P,V愿语执⾏期间不允许有中断的发⽣。
对于具体的实现，⽅法⾮常多，可以⽤硬件实现，也可以⽤软件实现。我们采⽤如下的定义：
procedure p(var s:samephore);
{
s.value=s.value-1;
if (s.value<0) asleep(s.queue);
}
procedure v(var s:samephore);
{
s.value=s.value+1;
if (s.value<=0) wakeup(s.queue);
}
其中⽤到两个标准过程：
asleep(s.queue)；执⾏此操作的进程控制块进⼊s.queue尾部，进程变成等待状态
wakeup(s.queue)；将s.queue头进程唤醒插⼊就绪队列
对于这个过程，s.value初值为1时，⽤来实现进程的互斥。
虽软说信号量机制毕加锁⽅法要好得多，但是也不是说它没有任何的缺陷。由此我们也可以清晰地看到，这种信号量机制必须
有公共内存，不能⽤于分布式操作系统，这是它最⼤的弱点。
[⼆]P,V原语的应⽤
正如我们在⽂中最开始的时候提到的，P,V原语不但可以解决进程管理当中的互斥问题，⽽且我们还可以利⽤此⽅法解决进程同步与进程通信的问题。
（1）⽤P V原语实现进程互斥
把临界区置于P(sem) 和V(sem)之间。当⼀个进程想要进⼊临界区时，它必须先执⾏P原语操作以将信号
量sem减1，在进程完成对临界区的操作后，它必须执⾏V原语操作以释放它所占⽤的临界区。从⽽就实现了进程的互斥：
具体的过程我们可以简单的描述如下：
PA:
P(sem)
<S>;
V(sem)
PB:
P(sem)
<S>;
V(sem)
(2) ⽤P V原语实现进程同步
进程同步问题的解决同样可以采⽤这种操作来解决，我们假设两个进程需要同步进⾏，⼀个进程是计算进程，另⼀个进程是打印进程，那么这个时候两个进程的定义可以表⽰为：
PC（表⽰计算进程）
A: local buf
repeat
buf=buf
until buf=空
计算
得到计算结果
buf=计算结果
goto A
PP:（表⽰打印进程）
B: local pri
repeat
pri=buf
until pri!=空
打印buf中的数据
清除buf中的数据
goto B
相应⽤P,V原语的实现过程为：
PA: deposit(data)
Begin local x
P(bufempty)
按FIFO⽅式选择⼀个空缓冲区buf(x)
buf(x)=data
buf(x)置满标记
V(buffull)
end
PB:remove(data)
Begin local x
P(buffull)
按FIFO⽅式选择⼀个装满
数据的缓冲区buf(x)
data=buf(x)
buf(x)置空标记
V(bufempty)
end
（3）⽤P V原语实现进程通信
我们以邮箱通信为例说明问题：
邮箱通信满⾜的条件是：
<1>；发送进程发送消息的时候，邮箱中⾄少要有⼀个空格能存放该消息。
<2>；接收进程接收消息时，邮箱中⾄少要有⼀个消息存在。
发送进程和接收进程我们可以进⾏如下的描述：
Deposit(m)为发送进程，接收进程是remove(m). Fromnum为发送进程的私⽤信号量，信箱空格数n。mesnum为接收进程的私⽤信号量，初值为0.
Deposit(m):
Begin local x
P(fromnum)
选择空格x
进程间通信信号
将消息m放⼊空格x中
置格x的标志为满
V(mesnum)
end
Remove(m)
Begin local x
P(mesnum)
选择满格x
把满格x中的消息取出放m中
置格x标志为空
V(fromnum)
end
笔者仅从最基本的进程问题上论述P,V原语的应⽤。当然关于这⼀部分的应⽤是⼗分⼴泛的。⽐如操作系统⽂化史上⾮常经典的哲学家就餐问题，⽣产-消费问题，读者-写者问题，理发师问题等等。⼤家不妨尝试⼀下⽤信号量的⽅法进⾏实现。

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