进程同步和信号量 PV操作

进程同步和PV操作理解

首先用python模拟了生产者消费者问题，代码如下：

import threading
import random

BUFFER_SIZE = 10
buffer = [[]] * 10
counter = 0
in_ = 0
out_ = 0
item = 0

def productor():
    global in_, buffer, counter, item
    while 1:
        # 发信号停
        while counter == BUFFER_SIZE:
            print("productor wait...
")
        item = random.randint(1, 1000)
        buffer[in_].append(item)
        print("product {}
".format(item))
        print("product counter {}
".format(counter))
        in_ = (in_+1) % BUFFER_SIZE

        # 发信号走
        counter += 1


def customer():
    global out_, buffer, counter, item
    while 1:
        # 发信号停
        while counter == 0:
            print("customer wait...
")

        item = buffer[out_].pop()
        print("custom {}
".format(item))
        print("custom counter {}
".format(counter))
        out_ = (out_+1) % BUFFER_SIZE

        # 发信号走
        counter -= 1


productorThread = threading.Thread(target=productor)
customerThread = threading.Thread(target=customer)

productorThread.start()
customerThread.start()

# 信号只能表达有还是没有，而信号量可以表达更丰富的信息

这里面没有用信号量来，是用counter来表示资源，信号量机制我觉得和counter不同的是，

信号量在大于0时，表示资源，在小于0时表示等待的进程

这也就是为什么PV操作要这样写

下面是伪代码，信号量是一种数据结构
semaphore{
    变量 s 表示资源数量
    进程 q 表示等待的进程 由阻塞队列表示
}

P(semaphore s)
    s-- 表示资源数 - 1，
    if s < 0 
        那么进程等待

V(semaphore s)
    s++ 表示资源数 + 1
    if s <= 0
        那么唤醒阻塞队列中的进程

为什么上面是小于0等待，下面是小于等于0唤醒呢？我觉得原因如下;

首先信号量s在大于0时表示资源，小于0时表示等待进程个数

举个例子，以打水为例，可以往一个盆里倒水，但是每次只能从水池接一桶水，然后倒水，不能同时从盆里打水，盆里最终多可以容纳10桶水。

那么这里，最多能倒10桶水就是资源，设empty表示空闲资源即初始值为10（表示当前可倒10桶水，但是现在还没有），full表示盆中已有几桶水初始值为0（其实一些初学者迷惑在这里，为什么要设empty和full两个变量）

所以作为生产者，需要先进行P操作，即P（empty），empty会-1，并判断empty不小于0，那么继续，并且在结尾，需要V（full）操作，打了一桶水，那么盆中多一桶水。

假设empty此时是0，意思也就是说不能在倒水了，那么经过s--，此时empty变成-1，生产进程阻塞了，也就是说多了一个阻塞进程

对于喝水的也就是消费者来说，开始需要判断有没有水，也就是P操作，P（full），此时full为10，那么继续，一样的，结尾需要，V操作，因为喝水的用了一桶水，那么就是说

还可以再打一桶水，所以结尾需要V（empty），将可用资源+1，此时，empty变为0，并且进行V操作，即V（empty）因为V操作中，是小于等于0，所以从阻塞队列中唤醒生产者进程

由于生产者进程之前在P操作时阻塞，所以开始继续执行后面的语句，注意的是，这里是继续，继续，继续执行。

所以PV操作是走走停停的，上述的信号量机制是记录型信号量，不会出现满等情况，也就是满足让权等待

除了记录型信号量，还有整数型信号量，如下：

P():
    while s <= 0;
    s -= 1
v():
    s += 1

在整数型信号量中，s 代表资源，记录型中还代表阻塞的进程数，
比如s小于等于0时，此时执行P操作等待，可能会出现忙等情况
即不满足让权等待