PV大题可以分为以下几类：生产者-消费者问题、吸烟者问题、理发师问题、读写者问题、哲学家就餐问题。其中吸烟者问题、理发师问题本质也是生产者-消费者问题。所以本文将从生产者-消费者问题、读写者问题、哲学家就餐问题三个问题出发，讲解PV大题的解题办法。

零、基本书写步骤

1. 先写函数
2. 写个循环
3. 写下动作
4. 放置P V （如同步信号量或互斥信号量(mutex)，用P减V加操作信号量以实现同步互斥）
5. 定义信号

接下来我们以生-消问题为例子来讲解这个书写步骤。

一、生产者-消费者问题/理发师问题（进程关系为“生产与消费”或“服务与被服务”）

题目：A、B、C三个工人，A生产a产品，然后放在F1货架上（初始m空位）；B生产b产品，然后放在F2货架上（初始n空位）；C用a、b产品组装c。请用信号量机制表示这三个进程的同步与互斥活动。

生产者-消费者问题可以很好地诠释PV两个信号量的含义，生产代表增加，也就是V的含义，消费代表减少，也就是P的含义。

1. 先写函数，这里有A、B、C三个函数。

A(){
}

B(){
}

C(){
}

2. 写个循环，循环表示这三个函数可以一直工作。

A(){
	while(1){
	}
}

B(){
	while(1){
	}
}

C(){
	while(1){
	}
}

3. 写下动作，表示三个函数各自执行的任务。

A(){
	while(1){
		生产A；
		把A放在F1货架上；
	}
}

B(){
	while(1){
		生产B；
		把B放在F1货架上；
	}
}

C(){
	while(1){
		从F1上拿A；
		从F2上拿B；
		组装c；
	}
}

4. 放置P V （P表示资源+1，V表示资源-1），设置同步、互斥信号量(mutex)以完成事件的顺序关系（当资源量不为空/满，进程才能干xx事，例如：信箱不为空时，辩论者才能从信箱中取邮件，否则需要等待；当信箱不为满时，辩论者才能往信箱中放邮件，否则需要等待）与资源的互斥关系（需要对某资源进行互斥访问），其实本质都是资源量的变化引发的动作。在放置PV时，有三大原则：
   (1)P在动作前，V在动作后，对于同步信号量，先固定V的位置，再固定P的位置；
   (2)负责互斥的信号量永远放在最里层；
   (3)对于数量大于1的资源，在处理其同步问题是要注意资源“满”与“空”对进程的影响，有时须设置两个信号量，如empty与full，分别对“满”与“空”进行控制；对于数量等于1的资源，注意其自带互斥属性，故不需要单独设置互斥信号量，因为其同步信号量就有互斥功能。

A(){
	while(1){
		生产A；
		P(F1);
		P(mutex_F1);
		把A放在F1货架上；
		V(mutex_F1);
		V(A);
	}
}

B(){
	while(1){
		生产B；
		P(F2);
		P(mutex_F2);
		把B放在F2货架上；
		V(mutex_F2);
		V(B);
	}
}

C(){
	while(1){
		P(A);
		P(mutex_F1);
		从F1上拿A；
		V(mutex_F1);
		V(F1);
		P(B);
		P(mutex_F2);
		从F2上拿B；
		V(mutex_F2);
		V(F2);
		组装c；
	}
}

5. 定义信号，先根据资源量和动作设定信号，最后再对信号量进行定义，这样可以更加清晰。

semaphore mutex_F1=mutex_F2=1; //互斥访问两个货架
semaphore A=B=0; //A、B资源数量
semaphore F1=m; //F1初始空位
semaphore F2=n; //F2初始空位

故完整伪代码如下：

semaphore mutex_F1=mutex_F2=1; //互斥访问两个货架
semaphore A=B=0; //A、B资源数量
semaphore F1=m; //F1初始空位
semaphore F2=n; //F2初始空位

A(){
	while(1){
		生产A；
		P(F1);
		P(mutex_F1);
		把A放在F1货架上；
		V(mutex_F1);
		V(A);
	}
}

B(){
	while(1){
		生产B；
		P(F2);
		P(mutex_F2);
		把B放在F2货架上；
		V(mutex_F2);
		V(B);
	}
}

C(){
	while(1){
		P(A);
		P(mutex_F1);
		从F1上拿A；
		V(mutex_F1);
		V(F1);
		P(B);
		P(mutex_F2);
		从F2上拿B；
		V(mutex_F2);
		V(F2);
		组装c；
	}
}

二、读写者问题（同类进程不互斥，异类进程互斥）

题目：有读者和写者两组并发进程，共享一个文件，当两个或以上的读进程同时访问共享数据时不会产生副作用，但若某个写进程和其他进程（读进程或写进程）同时访问共享数据时则可能导致数据不一致的错误。因此要求：①允许多个读者可以同时对文件执行读操作：②只允许一个写者往文件中写信息；③任意一个写者在完成写操作之前不允许其他读者或写者工作；④写者执行写操作前，应让已有的读者和写者全部退出。请用信号量机制表示进程之间的同步与互斥活动。

读写者问题可总结为：读读可并行，读写、写写不可并行。有三种方式：读优先、写优先和读写公平法，下面我们来依次讲解。

读优先：

int count=0;  //用于记录当前的读者数量
semaphore mutex=1;  //用于保护更新count变量时的互斥
semaphore rw=1;  //用于保证读者和写者互斥地访问文件

Writer(){
	while(1){
		P(rw);
		写；
		V(rw);
	}
}

Reader(){
	while(1){
		P(mutex);
		if(count == 0){
			P(rw);
		}
		count++;
		V(mutex);
		读；
		P(mutex);
		count--;
		if(count == 0){
			V(rw);
		}
		V(mutex);
	}
}

写优先：

由于只有最后一个读进程离开后，rw信号量才会被还原，这导致了读优先，而读优先会导致写进程被饿死，若希望写进程优先，即当有读进程正在读共享文件时，有写进程请求访问，这时应禁止后续读进程的请求，等到已在共享文件的读进程执行完毕，立即让写进程执行，只有在无写进程执行的情况下才允许读进程再次运行。为此，增加一个信号量保证写优先。

int count=0;  //用于记录当前的读者数量
semaphore mutex=1;  //用于保护更新count变量时的互斥
semaphore w=1;  //用于保证写优先
semaphore rw=1;  //用于保证读者和写者互斥地访问文件

Writer(){
	while(1){
		P(w);
		P(rw);
		写；
		V(rw);
		V(w);
	}
}

Reader(){
	while(1){
		P(w);
		P(mutex);
		if(count == 0){
			P(rw);
		}
		count++;
		V(mutex);
		V(w);
		读；
		P(mutex);
		count--;
		if(count == 0){
			V(rw);
		}
		V(mutex);
	}
}

读写公平：

若想要实现读写公平法，只需要在写优先的基础上，将写者进程的V(w)放到V(rw)之前即可。

int count=0;  //用于记录当前的读者数量
semaphore mutex=1;  //用于保护更新count变量时的互斥
semaphore w=1;  //用于保证读写公平
semaphore rw=1;  //用于保证读者和写者互斥地访问文件

Writer(){
	while(1){
		P(w);
		P(rw);
		V(w);
		写；
		V(rw);
	}
}

Reader(){
	while(1){
		P(w);
		P(mutex);
		if(count == 0){
			P(rw);
		}
		count++;
		V(mutex);
		V(w);
		读；
		P(mutex);
		count--;
		if(count == 0){
			V(rw);
		}
		V(mutex);
	}
}

三、哲学家就餐问题（只有一类进程，每个进程需要多种资源）

题目：一张圆桌边上坐着n个哲学家，每两名哲学家之间的桌上摆一根筷子，两根筷子中间是一碗米饭。哲学家们倾注毕生精力用于思考和进餐，哲学家在思考时，并不影响他人。只有当哲学家饥饿时，才试图拿起左、右两根筷子（一根一根地拿起）。若筷子己在他人手上，则需要等待。饥饿的哲学家只有同时拿到了两根筷子才可以开始进餐，进餐完毕后，放下筷子继续思考。请用信号量机制表示进程之间的同步与互斥活动。

哲学家就餐问题的根本解决办法是设置mutex信号量为不会发生死锁的最高数n，且要一次性拿完所有所需要的资源，也就是说只允许最多n个进程同时开始拿资源。

semaphore mutex = n-1; //n为不会发生死锁的最高数目
semaphore lkuai[n] = rkuai[n] = {1};  //左右筷子值都初始化为1

Eat_i(){ //第i个哲学家进程
	while(1){
		P(mutex);
		P(lkuai[i]);
		拿左筷子；
		P(rkuai[i]);
		拿右筷子；
		V(mutex);
		吃饭；
		V(lkuai[i]);
		放下左筷子；
		V(rkuai[i]);
		放下右筷子；
		思考；
	}
}

最后，其实PV大题很简单，总结一句话就是用P减V加操作信号量以实现同步互斥。

写在后面

这个专栏主要是我在学习408真题的过程中总结的一些笔记，因为我学的也很一般，如果有错误和不足之处，还望大家在评论区指出。希望能给大家的学习带来一点帮助，共同进步！！!

参考资料
[1]王道408教材（2025版）
[2]王道课程资料