Semaphore

信号量（semaphore） 是一种同步原始数据类型。 从程序员的角度来看，它是一种不透明的数据类型，有两个定义的操作，通常称为wait和signal。（译者注：可以理解为和PV操作对应，wait是P操作-尝试申请资源，signal是V操作-释放资源） 有两种类型的信号量--“二进制信号量”和“计数信号量”。

计数信号量

最常见的信号量类型是计数信号量。 可以将其视为单个整数变量。 当调用 signal 方法时，变量被原子 递增。 当调用wait方法时，进程将持续等待直到变量达到非零值，然后在返回之前对其进行原子递减。

二进制信号量

二进制信号量 (也称为Mutex-互斥) 就像计数信号量，不同之处在于 signal 方法将信号量的值设置为1，而不是将其递增。

用法

二进制信号量最常用于保证互斥。 在这种情况下，信号量值被初始化为1，并且一个应用程序即将进入代码的互斥部分调用 wait， 然后在退出代码后调用signal。

计数信号量可以用作实现许多同步模型的构建基础模块。 这方面的典型示例是静态分配的队列，如下面的示例所示。

Message queue[N];
Semaphore slots = new Semaphore(N);
Semaphore messages = new Semaphore(0);
int last_read = 0
int last_written = 0;

Message get()
{
   Message m;
   messages.wait();
   
   m = queue[last_read];
   last_read = (last_read+1)%N;
  
   slots.signal();
   return m;
}

void put(Message m)
{
   slots.wait();
   
   queue[last_written] = m;
   last_written = (last_written+1)%N;
   
   messages.signal();
}

在上面的示例中，这些函数可以使用错误代码来告诉调用方数组何时没有空间，以及队列何时为空 (或断言，由于空间不足而终止程序/使内核崩溃，并试图从空队列中get()内容)。 但是，在许多情况下，您只是希望当前线程阻塞，直到可以执行实际请求为止。 在这些情况下，你需要一个信号量。

有很多(很多很多)算法使用信号量作为同步原语。 当信号量用于同步同一进程的多个线程时，这种算法通常会结合二进制 (互斥) 和计数信号量。 这是因为操纵数据结构的代码仍然必须是互斥的，即使使用信号量来控制资源使用。

实现

虽然信号量的描述非常简单，但实现并不像最初听起来那样容易。 首先，确保这两种方法原子化运行并不总是容易的； 其次，出于效率的目的，应该从调度器队列中移除对值为0的信号量调用wait 的线程， 并且只有在信号量发出信号（signalled，译者注：V操作）时才再次添加。

因此，信号量的通常实现是作为内核级对象，它使用另一种更原始的锁定形式（例如自旋锁），以确保一次只能有一个线程访问它。 除了整数变量之外，它还包含一个等待访问的线程队列。 每当调用 signal 时，在递增变量后立即唤醒并重新安排队列前端的线程 （或者，在某些情况下，变量永远不会递增，唤醒的线程跳过递减的阶段； 这样做可以确保唤醒已有线程进行，而不是某些新到达的线程来抢占)。 每当 wait 无法立即进行时，当前线程将被挂起并在适当的位置添加到队列中 （例如，在末端，或在与线程优先级正确的位置）。

注意，这里有一个典型的竞争条件，称为lost wake-up（无法唤醒问题）问题。 有关此问题的解决方案，请阅读本文 http://www.linuxjournal.com/article/8144。

另见

外部链接

• Semaphore on Wikipedia