IPC机制之信号量及pv操作

关于IPC我们要知道的一些内容

什么是IPC？

答：IPC 全称 Inter-Process Communication,我们可以按照其字面意思来理解，就是指进程间沟通的一种方法。其实我们以前就接触过一些IPC机制，只是当时我们还没有认识到，那就是：管道和信号，这两者都可以达到进程间通信的目的。其实IPC机制还有信号量，共享内存，消息队列，套接字。我们之后会一一介绍，本篇先介绍信号量。

什么是临界资源和临界区？

答：当一个进程对一块内存所保存的资源进行读或写时，也许会有其他的进程同时会对这些资源进行访问或者修改，这就引发一个问题，比如，这里存放了一个变量 a 的值是123，进程一刚要获取这个a的值，结果进程二却抢在进程一之前把a的值修改成了456，导致进程a获取到了不正确的值。所以，我们有了临界资源这一定义，临界资源是一次仅允许一个进程使用的共享资源。即我在访问这些资源的时候，不能有其它进程来对其进行访问或修改。而临界区是指每个进程中访问临界资源的那段代码。

什么是原子操作？

答：简单来讲就是原子操作是不可分割的，在执行完毕之前不会被任何其它任务或事件中断。举个例子：我们平时做菜有个行为的顺序是洗菜、切菜、炒菜，这三道工序我们顺序执行，而当我们切菜时，假如有人敲门，你会停止切菜去开门，这是很正常的操作。而假如这个行为是个原子操作，你必须把洗菜、切菜、炒菜，这三道工序彻底完成才能做其他的事情，这个行为只有成功和失败两个结果，不可能存在第三种情况，比如我切菜切到一半停下来，静止几分钟再继续，这是不允许的。我们常用的 i++ 就不是一个原子操作，这个语句经历了三个阶段：内存到寄存器、寄存器自增、写回内存。这三个阶段都有可能被中断分离，从而导致 i 不正确的自增结果。

什么是信号量？

答：信号量按照我自己的理解就是一个变量，它规定了在当前的值下你能做和不能做的事情。最简单的一个例子就是红绿灯，我们可以把这个灯看作是一个信号量，当其为红色，表示车辆禁止前进，绿灯，表示车辆可以前进。

什么是pv操作？

答：pv操作是针对信号量的一种原子操作，通过信号量和pv操作达到对临界资源的管理。在一般的编程中，我们会把信号量的值初始化为 1，而pv操作就是对这个信号量的值进行加减。

假设当前当信号量 s = 1 。

当 s = 1时， 表示该临界资源可以访问或修改。

当 s = 0 时，表示该临界区不可被访问或修改。

p 操作，会把信号量的值减一。

v 操作，会把信号量的值加一。

我们试想，信号量此时的值为 1 ，当进程一要访问某临界资源，首先判断信号量的值，发现其为 1,说明可以访问，于是进程一进行p操作，对信号量的值减一，这样，当其他进程想要访问该临界资源，发现信号量的值为0，不能访问，只好等待。当进程一对这块临界资源访问结束，进行v操作，把信号量的值恢复成 1，其它进程就可以访问了。

使用PV操作实现进程互斥时应该注意的是：
（1）每个程序中用户实现互斥的P、V操作必须成对出现，先做P操作，进临界区，后做V操作，出临界区。若有多个分支，要认真检查其成对性。
（2）P、V操作应分别紧靠临界区的头尾部，临界区的代码应尽可能短，不能有死循环。
  (3）互斥信号量的初