無論是計算機考研、計算機軟件水平考試、計算機操作系統期末考試還是其他計算機崗位考試，P、V原語操作都是一個常考點。下面筆者總結了關於P、V操作的一些知識。
信號量是最早出現的用來解決進程同步與互斥問題的機制(也可實現進程通信)，包括一個稱為信號量的變量及對它進行的兩個原語操作。信號量為一個整數，我們設這個信號量為：sem。很顯然，我們規定在sem大於等於零的時候代表可供並發進程使用的資源實體數，sem小於零的時候，表示正在等待使用臨界區的進程的個數。根據這個原則，在給信號量附初值的時候，我們顯然就要設初值大於零。
p操作和v操作是不可中斷的程序段，稱為原語。P,V原語中P是荷蘭語的Passeren，相當於英文的pass, V是荷蘭語的Verhoog,相當於英文中的incremnet。
且在P,V原語執行期間不允許有中斷的發生。
對於具體的實現，方法非常多，可以用硬件實現，也可以用軟件實現。這種信號量機制必須有公共內存，不能用於分布式操作系統，這是它最大的弱點。
首先應弄清PV操作的含義：PV操作由P操作原語和V操作原語組成（原語是不可中斷的過程），對信號量進行操作，具體定義如下：
P（S）：①將信號量S的值減1，即S=S-1；
②如果S>=0，則該進程繼續執行；否則該進程置為等待狀態，排入等待隊列。
V（S）：①將信號量S的值加1，即S=S+1；
②如果S>0，則該進程繼續執行；否則釋放隊列中第一個等待信號量的進程。
PV操作的意義：我們用信號量及PV操作來實現進程的同步和互斥。PV操作屬於進程的低級通信。
什么是信號量？信號量（semaphore）的數據結構為一個值和一個指針，指針指向等待該信號量的下一個進程。信號量的值與相應資源的使用情況有關。當它的值大於0時，表示當前可用資源的數量；當它的值小於0時，其絕對值表示等待使用該資源的進程個數。注意，信號量的值僅能由PV操作來改變。
一般來說，信號量S>=0時，S表示可用資源的數量。執行一次P操作意味着請求分配一個單位資源，因此S的值減1；
當S<0時，表示已經沒有可用資源，請求者必須等待別的進程釋放該類資源，它才能運行下去。而執行一個V操作意味着釋放一個單位資源，因此S的值加1；
若S<=0，表示有某些進程正在等待該資源，因此要喚醒一個等待狀態的進程，使之運行下去
利用信號量和PV操作實現進程互斥的一般模型是：
進程P1 進程P2 …… 進程Pn
…… …… ……
P（S）； P（S）； P（S）；
臨界區； 臨界區； 臨界區；
V（S）； V（S）； V（S）；
…… …… …… ……
其中信號量S用於互斥，初值為1
使用PV操作實現進程互斥時應該注意的是：
（1）每個程序中用戶實現互斥的P、V操作必須成對出現，先做P操作，進臨界區，后做V操作，出臨界區。若有多個分支，要認真檢查其成對性。
（2）P、V操作應分別緊靠臨界區的頭尾部，臨界區的代碼應盡可能短，不能有死循環。
（3）互斥信號量的初值一般為1。
利用信號量和PV操作實現進程同步
PV操作是典型的同步機制之一。用一個信號量與一個消息聯系起來，當信號量的值為0時，表示期望的消息尚未產生；當信號量的值非0時，表示期望的消息已經存在。用PV操作實現進程同步時，調用P操作測試消息是否到達，調用V操作發送消息。
利用信號量和PV操作實現進程互斥的一般模型是：
進程A 進程B
.... ....
L: P(信號量) L2:V(信號量）
.... ....
使用PV操作實現進程同步時應該注意的是：
（1）分析進程間的制約關系，確定信號量種類。在保持進程間有正確的同步關系情況下，哪個進程先執行，哪些進程后執行，彼此間通過什么資源（信號量）進行協調，從而明確要設置哪些信號量。
（2）信號量的初值與相應資源的數量有關，也與P、V操作在程序代碼中出現的位置有關。
（3）同一信號量的P、V操作要成對出現，但它們分別在不同的進程代碼中。
【例1】生產者-消費者問題
在多道程序環境下，進程同步是一個十分重要又令人感興趣的問題，而生產者-消費者問題是其中一個有代表性的進程同步問題。下面我們給出了各種情況下的生產者-消費者問題，深入地分析和透徹地理解這個例子，對於全面解決操作系統內的同步、互斥問題將有很大幫助。
（1）一個生產者，一個消費者，公用一個緩沖區。
定義兩個同步信號量：
empty——表示緩沖區是否為空，初值為1。
full——表示緩沖區中是否為滿，初值為0。
生產者進程：
while(TRUE){ 生產一個產品; P(empty); 產品送往Buffer; V(full); }
消費者進程：
while(TRUE){ P(full); 從Buffer取出一個產品; V(empty); 消費該產品; }
（2）一個生產者，一個消費者，公用n個環形緩沖區。
定義兩個同步信號量：
empty——表示緩沖區是否為空，初值為n。
full——表示緩沖區中是否為滿，初值為0。
設緩沖區的編號為1～n&61485;1，定義兩個指針in和out，分別是生產者進程和消費者進程使用的指針，指向下一個可用的緩沖區。
生產者進程：
while(TRUE){ 生產一個產品; P(empty); 產品送往buffer(in); in=(in+1)mod n; V(full); }
消費者進程：
while(TRUE){ P(full); 從buffer(out)中取出產品; out=(out+1)mod n; V(empty); 消費該產品; }
（3）一組生產者，一組消費者，公用n個環形緩沖區
在這個問題中，不僅生產者與消費者之間要同步，而且各個生產者之間、各個消費者之間還必須互斥地訪問緩沖區。
定義四個信號量：
empty——表示緩沖區是否為空，初值為n。
full——表示緩沖區中是否為滿，初值為0。
mutex1——生產者之間的互斥信號量，初值為1。
mutex2——消費者之間的互斥信號量，初值為1。
設緩沖區的編號為1～n&61485;1，定義兩個指針in和out，分別是生產者進程和消費者進程使用的指針，指向下一個可用的緩沖區。
生產者進程：
while(TRUE){ 生產一個產品; P(empty); P(mutex1); 產品送往buffer(in); in=(in+1)mod n; V(mutex1); V(full); }
消費者進程：
while(TRUE){ P(full); P(mutex2); 從buffer(out)中取出產品; out=(out+1)mod n; V(mutex2); V(empty); 消費該產品; }
需要注意的是無論在生產者進程中還是在消費者進程中，兩個P操作的次序不能顛倒。應先執行同步信號量的P操作，然后再執行互斥信號量的P操作，否則可能造成進程死鎖。
【例2】桌上有一空盤，允許存放一只水果。爸爸可向盤中放蘋果，也可向盤中放桔子，兒子專等吃盤中的桔子，女兒專等吃盤中的蘋果。規定當盤空時一次只能放一只水果供吃者取用，請用P、V原語實現爸爸、兒子、女兒三個並發進程的同步。
分析在本題中，爸爸、兒子、女兒共用一個盤子，盤中一次只能放一個水果。當盤子為空時，爸爸可將一個水果放入果盤中。若放入果盤中的是桔子，則允許兒子吃，女兒必須等待；若放入果盤中的是蘋果，則允許女兒吃，兒子必須等待。本題實際上是生產者-消費者問題的一種變形。這里，生產者放入緩沖區的產品有兩類，消費者也有兩類，每類消費者只消費其中固定的一類產品。
解：在本題中，應設置三個信號量S、So、Sa，信號量S表示盤子是否為空，其初值為l；信號量So表示盤中是否有桔子，其初值為0；信號量Sa表示盤中是否有蘋果，其初值為0。同步描述如下：
int S＝1; int Sa＝0; int So＝0; main() { cobegin father(); son(); daughter(); coend } father() { while(1) { P(S); 將水果放入盤中; if（放入的是桔子） V(So); else V(Sa); } } son() { while(1) { P(So); 從盤中取出桔子; V(S); 吃桔子; } } daughter() { while(1) { P(Sa); 從盤中取出蘋果; V(S); 吃蘋果; } }
例題3 設公交車上,司機和售票員的活動如下：司機;啟動車輛;正常行使,到站停車. 售票員;關車門,售票 開車門. 在汽車不斷到站 停車行駛過程中這兩個活動有什么同步關系? 用信號量和pv操作實現。
設信號量為s1(是否開車)和s2(是否停車),s1=1,s2=0;
司機進程： 售票員進程：
begin begin
L1: L2:
P(S1); 關閉車門；
啟動車輛； V(s1);
正常行駛； 售票；
V(s2）； P(s2);
goto L1; 開車門；
end； goto L2;
end；
思考題：
四個進程A、B、C、D都要讀一個共享文件F，系統允許多個進程同時讀文件F。但限制是進程A和進程C不能同時讀文件F，進程B和進程D也不能同時讀文件F。為了使這四個進程並發執行時能按系統要求使用文件，現用PV操作進行管理，請回答下面的問題：
（1）應定義的信號量及初值： 。
（2）在下列的程序中填上適當的P、V操作，以保證它們能正確並發工作：
A() B() C() D()
{ { { {
[1]; [3]; [5]; [7];
read F; read F; read F; read F;
[2]; [4]; [6]; [8];
} } } }
思考題解答：
（1）定義二個信號量S1、S2，初值均為1，即：S1=1，S2=1。其中進程A和C使用信號量S1，進程B和D使用信號量S2。
（2）從[1]到[8]分別為：P(S1) V(S1) P(S2) V(S2) P(S1) V(S1) P(S2) V(S2)
信號量、PV操作是解決進程間的同步與互斥問題的。
★ 做題時尤其要注意隱藏的同步、互斥問題。這些問題通常可以歸入生產者－消費者問題和閱讀者－寫入者問題。
★ PV操作一定是成對出現的，但是這不意味着它會在一個進程內成對出現。
★ 在互斥關系中，PV操作一定是在一個進程內成對出現。而且，信號一定大於0,具體多少視情況而定。而對於同步關系，則一對PV操作在兩個進程或者更多的進程中出現。
★ 對於同步關系，信號量可能為0，也可能不為0；用於同步的信號個數可能1個，也可能是多個。
★ 對信號量為1的，應該先執行V操作。
★ 在生產者－消費者問題中，要設置三個信號量：empty－空閑的緩存區數量，初值為n；full－已填充的緩存區數量，初值為0；mutex－保證只有一個進程在寫入緩存區，初值為1。
★ 在閱讀者－寫入者問題中，設置兩個信號量：信號量access－控制寫入互斥，初值為1；信號量rc－控制對共享變量ReadCount（讀者統計值）的互斥訪問。