PV操作与信号灯及例子+三大操作系统共同点的线程通信

超、凢脫俗 2022-07-16 14:25 69阅读 0赞

##  看待技术问题要瞄准其本质，不管是Linux、VxWorks还是WIN32，其涉及到多线程的部分都是那些内容，无非就是线程控制和线程通信，它们的许多函数只是名称不同，其实质含义是等价的，下面是三大操作系统共同点 详细表单： <table style="width: 90%;"> <tbody> <tr> <td>事项</td> <td>WIN32</td> <td>VxWorks</td> <td>Linux</td> </tr> <tr> <td>线程创建</td> <td>CreateThread</td> <td>taskSpawn</td> <td>pthread_create</td> </tr> <tr> <td>线程终止</td> <td>执行完成后退出；线程自身调用ExitThread函数即终止自己；被其他线程调用函数TerminateThread函数</td> <td>执行完成后退出；由线程本身调用exit退出；被其他线程调用函数taskDelete终止</td> <td>执行完成后退出；由线程本身调用pthread_exit 退出；被其他线程调用函数pthread_cance终止</td> </tr> <tr> <td>获取线程ID</td> <td>GetCurrentThreadId</td> <td>taskIdSelf</td> <td>pthread_self</td> </tr> <tr> <td>创建互斥</td> <td>CreateMutex</td> <td>semMCreate</td> <td>pthread_mutex_init</td> </tr> <tr> <td>获取互斥</td> <td>WaitForSingleObject、WaitForMultipleObjects</td> <td>semTake</td> <td>pthread_mutex_lock</td> </tr> <tr> <td>释放互斥</td> <td>ReleaseMutex</td> <td>semGive</td> <td>phtread_mutex_unlock</td> </tr> <tr> <td>创建信号量</td> <td>CreateSemaphore</td> <td>semBCreate、semCCreate</td> <td>sem_init</td> </tr> <tr> <td>等待信号量</td> <td>WaitForSingleObject</td> <td>semTake</td> <td>sem_wait</td> </tr> <tr> <td>释放信号量</td> <td>ReleaseSemaphore</td> <td>semGive</td> <td>sem_post</td> </tr> </tbody> </table>   ##

## PV操作与信号灯及例子 ##

[http://blog.sina.com.cn/s/blog\_5f430c7e0100d1qj.html][http_blog.sina.com.cn_s_blog_5f430c7e0100d1qj.html]

<table style="width: 650px; table-layout: fixed;"> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> 
 <div style="position: relative; word-wrap: break-word; font-size: 10pt; word-break: break-all;"> 
 PV操作与信号灯的处理相关，P表示通过的意思，V表示释放的意思。 
 　　1962年，狄克斯特拉离开数学中心进入位于荷兰南部的艾恩德霍芬技术大学(Eindhoven Technical University)任数学教授。在这里，他参加了X8计算机的开发，设计与实现了具有多道程序运行能力的操作系统——THE Multiprogramming System。THE是艾恩德霍芬技术大学的荷兰文Tchnische Hoogeschool Eindhov –en的词头缩写。狄克斯特拉在THE这个系统中所提出的一系统方法和技术奠定了计算机现代操作系统的基础，尤其是关于多层体系结构，顺序进程之间的同步和互斥机制这样一些重要的思想和概念都是狄克斯特拉在THE中首先提出并为以后的操作系统如UNIX等所采用的。 
 　　为了在单处理机的情况下确定进程(process)能否占有处理机，狄克斯特拉将每个进程分为“就绪”(ready)、“运行”(running)和“阻塞”(blocking)三个工作状态。 
 由于在任一时刻最多只有一个进程可以使用处理机， 
 正占用着处理机的进程称为“运行”进程。 
 当某进程已具备了使用处理机的条件，而当前又没有处理机供其使用，则使该进程处于“就绪”状态。 
 当运行进程由于某种原因无法继续运行下去时，就停止其占用处理机，使之进入“阻塞”状态， 
 待造成其退出运行的条件解除，再进入“就绪”状态。而对系统中所有同时运行的进程，在一个进程访问共享数据时，另一个进程不访问该数据和互斥（mutually- exclusive，指两个进程不能同时在一个临界区中使用同一个可重复使用的资源，诸如读写缓冲区）两个关系，狄克斯特拉巧妙地利用火车运行控制系统中的“信号灯”(semaphore，或叫”信号量”)概念加以解决。 
 　　 
 所谓信号灯，实际上就是用来控制进程状态的一个代表某一资源的存储单元。例如，P1和P2是分别将数据送入缓冲B和从缓冲B读出数据的两个进程，为了防止这两个进程并发时产生错误，狄克斯特拉设计了一种同步机制叫“PV操作”，P操作和V操作是执行时不被打断的两个操作系统原语。 
 执行P操作P（S）时信号量S的值减1，若结果不为负则P（S）执行完毕，否则执行P操作的进程暂停以等待释放。 
 执行V操作V（S）时，S的值加1，若结果不大于0则释放一个因执行P（S）而等待的进程。对P1和P2可定义两个信号量S1和S2，初值分别为1和0。进程P1在向缓冲B送入数据前执行P操作P（S1），在送入数据后执行V操作V（S2）。进程P2在从缓冲B读取数据前先执行P操作P（S2），在读出数据后执行V操作V（S1）。当P1往缓冲B送入一数据后信号量S1之值变为0，在该数据读出后S1之值才又变为1，因此在前一数未读出前后一数不会送入，从而保证了P1和P2之间的同步。我国读者常常不明白这一同步机制为什么叫PV操作，原来这是狄克斯特拉用荷兰文定义的，因为在 
 荷兰文中，通过叫passeren，释放叫vrijgeven，PV操作因此得名。这是在计算机术语中不是用英语表达的极少数的例子之一。 
 　　大学操作系统 中的经典例子： 
 　 
 　P就是请求资源，V就是释放资源。 
 　　例如一个司机与售票员的例子 
 　　在公共汽车上，为保证乘客的安全，司机和售票员应协调工作： 
 　　停车后才能开门，关车门后才能行车。用PV操作来实现他们之间的协调。 
 　　S1：是否允许司机启动汽车的变量 
 　　S2：是否允许售票员开门的变量 
 　　 
 driver()//司机进程 
 　　{ 
 　　while (1)//不停地循环 
 　　{ 
 　　P(S1);//请求启动汽车 
 　　启动汽车; 
 　　正常行车； 
 　　到站停车； 
 　　V(S2); //释放开门变量，相当于通知售票员可以开门 
 　　} 
 　　} 
 　　 
 busman()//售票员进程 
 　　{ 
 　　 
 while(1) 
 　　{ 
 　　关车门; 
 　　V(S1)；//释放开车变量，相当于通知司机可以开车 
 　　售票 
 　　P(S2)；//请求开门 
 　　开车门； 
 　　上下乘客； 
 　　} 
 　　} 　　注意：busman() driver() 两个不停循环的函数 
 </div> </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

关于PV操作理解的例子02

<table style="width: 100%; table-layout: fixed;"> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> 
 <div> 
 【例2】桌上有一空盘，允许存放一只水果。爸爸可向盘中放苹果，也可向盘中放桔子，儿子专等吃盘中的桔子，女儿专等吃盘中的苹果。规定当盘空时一次只能放一只水果供吃者取用，请用P、V原语实现爸爸、儿子、女儿三个并发进程的同步。 分析 在本题中，爸爸、儿子、女儿共用一个盘子，盘中一次只能放一个水果。当盘子为空时，爸爸可将一个水果放入果盘中。若放入果盘中的是桔子，则允许儿子吃，女儿必须等待；若放入果盘中的是苹果，则允许女儿吃，儿子必须等待。本题实际上是生产者-消费者问题的一种变形。这里，生产者放入缓冲区的产品有两类，消费者也有两类，每类消费者只消费其中固定的一类产品。 &nbsp;&nbsp;&nbsp; 解：在本题中，应设置三个信号量S、So、Sa，信号量S表示盘子是否为空，其初值为l；信号量So表示盘中是否有桔子，其初值为0；信号量Sa表示盘中是否有苹果，其初值为0。同步描述如下： int S＝1; int Sa＝0; int So＝0; &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; main() &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; { &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; cobegin &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; father();&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; /*父亲进程*/ &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; son();&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; /*儿子进程*/ &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; daughter();&nbsp;&nbsp;&nbsp; /*女儿进程*/ &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; coend &nbsp;&nbsp;&nbsp; ｝ &nbsp;&nbsp;&nbsp; father() &nbsp;&nbsp;&nbsp; { &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; while(1) &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; { &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; P(S); &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 将水果放入盘中; &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; if（放入的是桔子）V(So); &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; else V(Sa); &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; } &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; } &nbsp;&nbsp;&nbsp; son() &nbsp;&nbsp;&nbsp; { &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; while(1) &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; { &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; P(So); &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 从盘中取出桔子; &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; V(S); &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 吃桔子; &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; ｝ &nbsp;&nbsp;&nbsp; } &nbsp;&nbsp;&nbsp; daughter() &nbsp;&nbsp;&nbsp; { &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; while(1) &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; { &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; P(Sa); &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 从盘中取出苹果; &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; V(S); &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 吃苹果; &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; ｝ ｝ 
 </div> </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

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