简述 PV 操作，信号量用来解决什么问题?

核心考点

信号量机制、P 操作与 V 操作的定义、互斥与同步的实现方式，重点掌握“P 可能阻塞、V 可能唤醒”以及信号量初值的含义。

参考答案(答题要点)

1.信号量定义：信号量是一个整型变量，用于表示系统中某类资源的数量或进程间的同步状态。信号量通常配有等待队列，只能通过 P、V 两个原语访问，以保证操作的原子性。

2.P 操作(wait)：P(S)执行时，先将信号量 S 减 1。若 S>=0，进程继续执行;若 S<0，进程阻塞，进入该信号量的等待队列。P 操作表示申请一个资源。

3.V 操作(signal)：V(S)执行时，先将信号量 S 加 1。若 S<=0，表示仍有进程在等待，需唤醒等待队列中的一个进程;若 S>0，表示没有等待进程。V 操作表示释放一个资源。

4.信号量解决的问题：主要用于解决进程间的互斥与同步问题。互斥信号量初值通常为1，保证临界区同一时刻只有一个进程进入;同步信号量初值通常为0或某个正整数，用于控制进程执行的先后顺序和资源数量。

5.互斥模型：设互斥信号量 mutex=1，进入临界区前执行 P(mutex)，退出临界区后执行 V(mutex)。P 和 V 必须成对出现，且在同一进程内配对。

6.同步模型：设同步信号量 S=0，先执行操作的进程完成后执行 V(S)，需要等待的进程在执行前执行 P(S)，从而实现“先A后B”的先后顺序。

7.总结：P 操作抓“减1、可能阻塞、申请资源”;V 操作抓“加1、可能唤醒、释放资源”。信号量初值决定其语义：初值1常用于互斥，初值0常用于同步。P、V 是原语，执行不可中断。

易错提醒

P 操作是先减1再判断，不是先判断再减1。S<0 时其绝对值表示等待队列中的进程数。V 操作唤醒的是等待队列中的一个进程，不是全部。互斥信号量初值为1，同步信号量初值不一定为0。P、V 必须成对使用，漏掉 V 可能导致死锁。信号量不能随意在临界区外乱用。

今日小测

设互斥信号量 mutex 的初值为1，两个进程同时进入临界区前都执行 P(mutex)，会发生什么?

答案：第一个进程执行 P(mutex) 后 mutex 变为0，可进入临界区;第二个进程再执行 P(mutex) 后 mutex 变为-1，被阻塞，从而保证同一时刻只有一个进程进入临界区。