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知识路径： > 计算机软件与网络基础知识 > 操作系统 > 操作系统基本原理 > 处理器管理 > 信号量与PV操作 >
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考试要求：掌握
相关知识点：5个
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在考试时，可能会出现一些需要综合应用的问题，需要考生根据基本的概念，结合实际问题进行解答。
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例如，在某并发系统中，有一个发送进程A、一个接收进程B、一个环形缓冲区BUFFER、信号量S1和S2。发送进程不断地产生消息并写入缓冲区BUFFER，接收进程不断地从缓冲区BUFFER取消息。假设发送进程和接收进程可以并发地执行，那么，当缓冲区的容量为N时，如何使用PV操作才能保证系统能够正常工作。发送进程A和接收进程B的工作流程如下图所示。请在下图中的①~④处填写正确的操作。
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根据题意，很显然，这是一个“生产者-消费者”问题，根据该问题的特性，通常需要3个信号量来实现：两个用来管理缓冲区同步，信号量empty表示空闲缓冲区数量，初值为缓冲区最大数N，信号量full表示已填充缓冲区数量，初值为0；一个用于管理互斥，由信号量mutex保证只有一个进程在写缓冲区，初值为1。但在本题中，进程A和进程B允许并发地访问缓冲区，因此无须管理互斥，就不需要使用信号量mutex了。因此只需定义两个信号量：S1和S2，初值为N的S1在此承担的是信号量empty的功能，初值为0的S2在此则承担的是信号量full的功能。
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通过这样的分析，不难得出结论：①处应该是P（S1），将空闲缓冲区数量减1；②处应该是V（S2），将已填充的缓冲区数量加1；③处则是P（S2）；④处为V（S1）。
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在这个例子的基础上，如果系统中有多个发送进程和接收进程，进程间的工作流程如下图所示，其中空①~④的内容与上图相同。发送进程产生消息并顺序地写入环形缓冲区BUFFER，接收者进程顺序地从BUFFER中取消息，且每条消息只能读取一次。为了保证进程间的正确通信，增加了信息量SA和SB。请说明信息量SA和SB的物理意义，在下图中的⑤和⑥处填入正确的内容，并从下图的 ~①中选择4个位置正确地插入P（SA）、V（SA）、P（SB）和V（SB）。
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上图所涉及的问题在普通的“生产者-消费者”问题上增加了一些复杂度：“系统中有多个发送进程和接收进程”，根据题意，我们可以得知它要完成的控制是：发送进程顺序写入，接收进程顺序读取，而且每条消息都只能够读取一次。这显然是两个互斥的问题，即多个发送进程在写缓冲区时是互斥关系，多个接收进程读缓冲区也是互斥关系。因此，信号量SA和SB分别实现这两个用来完成两个进程的互斥控制。
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（1）SA：初值为1，表示允许同时对缓冲区进行写操作的进程数量。
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（2）SB：初值为1，表示允许同时对缓冲区进行读操作的进程数量。
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当然，两个对调也是可以的。在发送进程和接收进程中分别有一组信号量SA和SB的PV操作。因此，接下来的问题就是找插入点。互斥控制的要点在于判断出临界区的范围，也就是哪部分程序必须互斥进入，否则将出现问题。根据这一点，可以进行如下分析。
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（1）发送进程：在进程产生消息之后准备写入缓冲区时，这时就需要进行互斥判断，因此在位置 应插入P（SA）；而直到完成“i=（i+1）mod N”操作后，才完成缓冲区操作，因此必须在位置 插入V（SA）。
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（2）接收进程：由于接收进程是负责读数据的，如果数据区是空的则应该等待，因此必须先完成P（S2）操作，来决定其是否需要阻塞。如果没有阻塞时，再进入临界区，因此应该在位置 处操作P（SB）；而“对读取的消息进行处理”已显然在临界区之外，因此应该在位置 插入V（SB）。
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