什么是信號量（semaphore)

信號量（semaphore）是一個被線程共享的非負(fù)變量。信號量是一個發(fā)信號的機制。一個等待一個信號量的線程可以被其他線程通知（signal）。這個機制通過 wait 和 signal 兩個原子操作（atomic operations）來實現(xiàn)進程同步。

一個信號量要么允許訪問資源，要么不允許訪問資源。二者只能選其一。而具體是哪一種，則要看設(shè)置。

信號量的特點

下面是信號量的一些特點：

• 它是一個機制。該機制支持多任務(wù)的同時進行
• 它是一個低層級的（low-level）的同步機制
• 信號量的存儲值一直是非負(fù)的
• 信號量可以使用測試操作和中斷來實現(xiàn)。這些操作和中斷需要用文件描述符來執(zhí)行

信號量的類型

最常見的兩種信號量：

• 計數(shù)信號量（Counting semaphores）
• 二進位信號量（Binary semaphores）

計數(shù)信號量

這種信號量用一個計數(shù)來幫助任務(wù)被獲取（be acquired）或釋放（be released）數(shù)次。

• 如果起始時，計數(shù)器的計數(shù)值為0（count = 0），那么創(chuàng)建出來的信號量就應(yīng)該在不可獲得的狀態(tài)（unavailable state）。
• 如果起始時，計數(shù)器的計數(shù)值大于0（count > 0），那么創(chuàng)建出來的信號量就應(yīng)該在可獲得的狀態(tài)（available state）。而且，總共的獲取次數(shù)（tokens）就等于計數(shù)器的值。

具體機制如下圖所示：

計數(shù)信號量

二進位信號量

二進位信號量和計數(shù)信號量非常相似，但是他們的計數(shù)值只能限制在0和1兩個數(shù)字。在這種信號量下，等待（wait）操作只能在信號量等于1（semaphore = 1）時工作。而通知（signal）操作只有在信號量等于0（semaphore = 0）時才能成功。二進位信號量的實現(xiàn)要比計數(shù)信號量的實現(xiàn)要簡單。

二進位信號量

信號量的等待操作和通知操作

信號量的等待操作（wait operation）和通知操作（signal operation）是用來實現(xiàn)同步的。信號量操作的不得是為了互相獨立。

等待操作（wait operation）

等待操作（wait operation）用來幫助我們控制任務(wù)是否可以進入關(guān)鍵的部分。當(dāng)信號量是正的時候，信號量將被減一。如果當(dāng)信號量為負(fù)數(shù)或者零的時候，等待操作不執(zhí)行任何操作。
當(dāng)信號量被遞減后，信號量值為負(fù)數(shù)或者零時，該指令將被掛起保持，直到信號量重新滿足大于0的條件。

function wait(S){
    while ( S < 0);
    S--;
}

通知操作（signal operation）

通知操作（signal operation）是用于控制一個任務(wù)退出某個重要部分。當(dāng)信號量的值是負(fù)的時候，信號量將被加一。

function signal(S){
    while (S >= 0);
    S++;
}

計數(shù)信號量vs二進位信號量

下面列舉了計數(shù)信號量和二進位信號量的主要不同：