【整理】OS Scheduler

在操作系统理论中有一个非常重要的概念叫做P,V原语。在研究进程互斥时常引入这个概念，将P,V操作方法与加锁的方法相比较，来解决进程间的互斥问题。实际上，它的应用范围很广，不但可以解决进程管理当中的互斥问题，还可以利用此方法解决进程同步与进程通信的问题。

P,V原语理论：阐述P,V原语的理论不得不提到的一个人便是赫赫有名的荷兰科学家E.W.Dijkstra。如果你对这位科学家没有什么印象的话，提起解决图论中最短路径问题的Dijkstra算法应当是我们再熟悉不过的了。P,V原语的概念以及P,V操作当中需要使用到的信号量的概念都是由他在1965年提出的。

信号量是最早出现的用来解决进程同步与互斥问题的机制，包括一个称为信号量的变量及对它进行操作的两个原语。信号量为一个整数，记为sem，且规定在sem大于等于零的时候代表可供并发进程使用的资源实体数，sem小于零时表示正在等待使用临界区的进程的个数。根据这个原则，在给信号量附初值的时候，要设初值大于零。P/V操作是不可中断的程序段，称为原语。P,V原语中P是荷兰语的Passeren，相当于英文的pass, V是荷兰语的Verhoog,相当于英文中的incremnet。

P原语操作的动作：(1)sem减1；(2)若sem减1后仍大于等于零，则进程继续执行；(3)若sem减1后小于零，则该进程被阻塞后进入与该信号相对应的队列中，再转进程调度。

V原语操作的动作：(1)sem加1；(2)若相加结果大于零，则进程继续执行；(3)若相加结果小于等于零，则从该信号的等待队列中唤醒一等待进程，再返回原进程继续执行或转进程调度。

注意：P/V操作对于每一个进程来说，都只能进行一次且必须成对使用，且在P/V愿语执行期间不允许有中断的发生。

procedure p(var s:samephore);{    s.value=s.value-1;    if (s.value<0)         asleep(s.queue);    // 肯定任务切换}procedure v(var s:samephore);{    s.value=s.value+1;    if (s.value<=0)         wakeup(s.queue);  // 有可能任务切换}

其中，用到两个标准过程：(1) asleep(s.queue);执行此操作的进程控制块进入s.queue尾部，进程变成等待状态; (2) wakeup(s.queue);将s.queue头进程唤醒插入就绪队列.

虽软说信号量机制毕加锁方法要好得多，但是也不是说它没有任何的缺陷：这种信号量机制必须有公共内存，不能用于分布式操作系统，这是它最大的弱点。

P/V原语的应用：正如在文中最开始的时候提到的，P/V原语不但可以解决进程管理当中的互斥问题，还可以解决进程同步与进程通信的问题。

（1）用P V原语实现进程互斥：把临界区置于P(sem) 和V(sem)之间，当一个进程想要进入临界区时，它必须先执行P原语操作以将信号量sem减1，在进程完成对临界区的操作后，它必须执行V原语操作以释放它所占用的临界区，从而就实现了进程的互斥。具体的过程可以简单描述为：

PA:    P(sem)    <S>;    V(sem)PB:    P(sem)    <S>;    V(sem)

（3）用P/V原语实现进程同步：假设两个进程需要同步进行，一个进程是计算进程，另一个进程是打印进程，可表示为：

PC（表示计算进程）A: local buf      repeat          buf=buf      until buf=空      计算      得到计算结果      buf=计算结果      goto APP:（表示打印进程）B: local pri      repeat          pri=buf      until pri!=空      打印buf中的数据      清除buf中的数据      goto B

相应用P/V原语的实现过程为：

PA: deposit(data)    Begin local x        P(bufempty)        按FIFO方式选择一个空缓冲区buf(x)        buf(x)=data        buf(x)置满标记        V(buffull)    endPB:remove(data)    Begin local x        P(buffull)        按FIFO方式选择一个装满数据的缓冲区buf(x)        data=buf(x)        buf(x)置空标记        V(bufempty)    end

（3）用P/V原语实现进程通信：以邮箱通信为例说明问题：

邮箱通信满足的条件：(1)发送进程发送消息的时候，邮箱中至少要有一个空格能存放该消息; (2)接收进程接收消息时，邮箱中至少要有一个消息存在。

发送/接收进程可描述为：Deposit(m)为发送进程，接收进程是remove(m)；Fromnum为发送进程的私用信号量，信箱空格数n；mesnum为接收进程的私用信号量，初值为0.

Deposit(m):    Begin local x        P(fromnum)        选择空格x        将消息m放入空格x中        置格x的标志为满        V(mesnum)    endRemove(m)    Begin local x        P(mesnum)        选择满格x        把满格x中的消息取出放m中        置格x标志为空        V(fromnum)    end

以上仅从最基本的进程问题上论述了P/V原语的应用，然而关于这一部分的应用是十分广泛的，比如操作系统文化史上非常经典的哲学家就餐问题，生产-消费问题，读者-写者问题，理发师问题等等，不妨尝试一下用信号量的方法进行实现。

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问题：以C++ class实现OS Scheduler，支持P/V操作，考虑interrupt、multi-thread等问题？？？

原文链接: https://www.cnblogs.com/sopc-mc/archive/2011/11/01/2232328.html

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