一、PV操作相关概念：
1、临界区：对临界资源的访问，必须互斥地进行，在每个进程中，访问临界资源的那段代码称为临界区。（并发进程中与共享变量有关的程序段。）
2、临界资源：多个进程可以共享系统中的各种资源，其中许多资源一次只能为一个进程所使用，我们把一次仅允许一个进程使用的资源称为临界资源。许多物理设备都属于临界资源，如打印机等。还有许多变量、数据等都可以被若干进程共享，也属于临界资源。
3、信号量：信号量的数据结构为一个值和一个指针，指针指向等待该信号量的进程。信号量的值表示相应资源的使用情况。信号量S=0时，S表示可用资源的数量。执行一次P操作意味着请求分配一个单位资源，因此S的值减1；当S0时，表示已经没有可用资源，请求者必须等待别的进程释放该类资源，它才能运行下去。而执行一个V操作意味着释放一个单位资源，因此S的值加1；若S0，表示有某些进程正在等待该资源，因此要唤醒一个等待状态的进程，使之运行下去。（S0表示有S个资源可用；S=0表示无资源可用；S0则表示S等待队列中的进程个数）
4、同步：指的是为了完成某种任务而建立的两个或多个进程，这些进程因为需要在某些位置上协调它们的工作次序而等待、传递消息所产生的的制约关系。（同步关系是一种协同关系，之前的操作没完成，之后的操作就无法进行）
5、互斥：指的是一个进程进入临界区使用临界资源时，另一个进程必须等待，当占用临界资源的进程退出临界区后，另一个进程才允许去访问此临界资源。例如：打印机、共享变量等临界资源。在多道程序系统环境中，多进程可以共享各类资源，但有些资源一次只能供一个进程使用。（互斥关系是一种竞争关系。）
6、PV操作：PV操作是两种原子操作的组合，分为P操作和V操作。
一、P原语操作：（P操作可理解为获得一个资源）
1）S减1；
2）若S减1后仍大于等于0，则请求的进程继续执行；
3）若S减1后小于0，则进程被阻塞后进入与该信号相对应的队列中，然后转进程调度。
P操作流程二、V原语操作：（V操作可理解为释放一个资源）
1）S加1；
2）若相加结果大于0，则请求的进程继续执行；
3）若相加结果小于等于0，则从该信号的等待队列中唤醒一个等待进程，然后再返回原进程继续执行或转进程调度。
V操作流程注意事项：
1）PV操作对于每一个进程来说，都只能进行一次，而且必须成对使用，在PV原语执行期间不允许中断的发生。
2）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。
3）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。
4）互斥信号量的初值一般为1。
问题一：生产者消费者问题
1、问题描述
系统中有一组生产者进程和一组消费者进程，生产者进程每次生产一个产品放入缓冲区，消费者进程每次从缓冲区中取出一个产品并使用。（注：这里的“产品”理解为某种数据）
生产者、消费者共享一个初始为空、大小为n的缓冲区。
只有缓冲区没满时，生产者才能把产品放入缓冲区，否则必须等待。(缓冲区没满——生产者生产)只有缓冲区不空时，消费者才能从中取出产品，否则必须等待。(缓冲区没空——消费者消费)缓冲区是临界资源，各进程必须互斥地访问。(互斥关系)
2、问题分析
对于一个仓库，仓库的容量是有限的，对应的临界资源是有限的，假设仓库的容量是n。当仓库装满了，就不能允许生产者进行访问，如果仓库满了，生产者再把产品放进仓库就会导致仓库爆仓。与此同时，当库存为零时也不能允许消费者进入。
由于缓冲区是临界资源必须互斥使用，因此需要设置一个互斥信号量mutex，缓冲区有两种状态：进程正在访问和没有进程正在访问，因此可以给mutex赋初值为1。
缓冲区中的大小是生产者和消费者都可以进行操作的，当缓冲区满时，生产者要等待消费者取走产品，按一定次序访问这属于同步关系；当缓冲区空时，消费者要等待生产者生产产品，按一定次序访问这属于同步关系，因此需要设置两个同步信号量，full和empty。
3、逻辑实现
semaphoremutex=1;//互斥信号量，实现对缓冲区的互斥访问
semaphoreempty=n;//同步信号量，实现空闲缓冲区的数量
semaphorefull=0;//同步信号量，标识产品数量，也即非空缓冲区的数量
//生产者
producer(){
while(1){
生产一个产品;
P(empty);//消耗一个空闲缓冲区
P(mutex);
把产品放入一个缓冲区;
V(mutex);
V(full);//增加一个产品
}
}
//消费者
consumer(){
while(1){
P(full);//消耗一个产品（非空缓冲区）
P(mutex);
从缓冲区取出一个产品;
V(mutex);
V(empty);//增加一个空闲缓冲区
使用产品;
}
}
思考：如果改变相邻P操作的顺序会出现什么情况?
若此时缓冲区内已经放满产品，则empty=0，full=n。
生产者执行P(mutex)使得mutex=0，再执行P(empty)，由于已经没有空闲缓冲区。因此生产者被阻塞。由于生产者被阻塞，因此切换回消费者进程。消费者进程执行P(mutex)，由于mutex=0，即生产者还没有释放对临界资源的“锁”，因此消费者也被阻塞。
这就造成了生产者等待消费者释放空闲的缓冲区，而消费者又等待生产者释放临界区的情况，生产者和消费者循环等待被对方唤醒，出现“死锁”。因此，实现互斥地P操作一定要在实现同步的P操作之后。
问题二：多生产者多消费者问题
1、问题描述
桌子上有一只盘子，每次只能向其中放入一个水果。爸爸专向盘子中放苹果，妈妈专向盘子中放橘子，儿子专等着吃盘子中的橘子，女儿专等着吃盘子中的苹果。只有盘子空时，爸爸或妈妈才可向盘子中放一个水果。仅当盘子中有自己需要的水果时，儿子或女儿可以从盘子中取出水果。用PV操作实现上述过程。
2、问题分析
(1)、关系分析。找出题目中描述的各个进程，分析他们之间的同步、互斥关系。
(2)、整理思路。根据各进程的操作流程确定P、V操作的大致顺序。
(3)、设置信号量，设置所需要的信号量并且根据题目要求设置信号量的初值。
对于上述题目我们所确立的关系为：
互斥关系：(mutex=1)
对缓冲区（盘子）的访问要互斥地进行
同步关系：(一前一后)
(1)、父亲将苹果放入盘子后，女儿才能取苹果。
(2)、母亲将橘子放入盘子后，儿子才能取橘子。
(3)、只有盘子为空时，父亲或母亲才能放入水果。
3、逻辑实现
本题中互斥信号量可以省略，本题中缓冲区大小为1，在任何时候，apple、orange、plate三个同步信号量中最多只有一个是1.因此在任何时刻，最多只有一个进程的P操作不会被堵塞，并顺利地进入临界区，如何盘子的容量大于1时，互斥信号量就不能省略。