信号量

信号量（英语：semaphore）又称为信号标，是一个同步对象，用于保持在0至指定最大值之间的一个计数值。当线程完成一次对该semaphore对象的等待（wait）时，该计数值减一；当线程完成一次对semaphore对象的释放（release）时，计数值加一。当计数值为0，则线程等待该semaphore对象不再能成功直至该semaphore对象变成signaled状态。semaphore对象的计数值大于0，为signaled状态；计数值等于0，为nonsignaled状态。

信号量的概念是由荷兰计算机科学家艾兹赫尔·戴克斯特拉（Edsger W. Dijkstra）发明的，广泛的应用于不同的操作系统中。在系统中，给予每一个进程一个信号量，代表每个进程目前的状态，未得到控制权的进程会在特定地方被强迫停下来，等待可以继续进行的信号到来。如果信号量是一个任意的整数，通常被称为计数信号量（Counting semaphore），或一般信号量（general semaphore）；如果信号量只有二进制的0或1，称为二进制信号量（binary semaphore）。

语法

计数信号量具备两种操作动作，称为V（signal()）与P（wait()）（即部分参考书常称的“PV操作”）。V操作会增加信号标S的数值，P操作会减少它。

运作方式：

1. 初始化，给与它一个非负数的整数值。
2. 执行P（wait()），信号标S的值将被减少。企图进入临界区段的进程，需要先执行P（wait()）。当信号标S减为负值时，进程会被挡住，不能继续；当信号标S不为负值时，进程可以获准进入临界区段。
3. 执行V（signal()），信号标S的值会被增加。结束离开临界区段的进程，将会执行V（signal()）。当信号标S不为负值时，先前被挡住的其他进程，将可获准进入临界区段。

Windows API提供的semaphore

线程使用CreateSemaphore或CreateSemaphoreEx函数创建一个semaphore对象。此时可以指定semaphore的当前计数值与计数值上限；也可指定semaphore对象的名字。其他进程中的线程可以指出已存在的semaphore对象的名字通过调用OpenSemaphore函数打开它。

如果多个线程在等待一个semaphore对象，不保证按照先进先出（FIFO）顺序调度这些等待线程。外部事件，如内核模式的异步过程调用可改变等待顺序。

在semaphore对象为signaled状态时，等待函数返回会把该semaphore对象计数值减1。函数ReleaseSemaphore把semaphore对象的计数值增加指定的值。任何线程，哪怕它没有等待完成过该semaphore对象，也可以使用ReleaseSemaphore来增加semaphore对象的计数。如果ReleaseSemaphore导致对象计数值超过上限，则该函数调用失败，返回298号错误：“Too many posts were made to a semaphore”。

一个线程多次等待同一个semaphore对象，每次等待操作完成都会降低semaphore对象计数值（直至计数值为0时该线程阻塞）。然而，通过multiple-object等待函数使用一个数组包含着同一个semaphore对象的多个句柄，不能实现对这个semaphore对象计数值的多次下降。

用完semaphore对象后，调用CloseHandle函数关闭它。semaphore对象的最后一个句柄被关闭后，操作系统会摧毁它。关闭semaphore并不影响它的计数值。因此，关闭semaphore前或者进程终止前，要确保已经正确调用过ReleaseSemaphore。否则，挂起等待该semaphore对象的线程会永久阻塞或超时返回。

参见

• 哲学家就餐问题

外部链接

• semaphore.h（页面存档备份，存于互联网档案馆） programming interface - The Open Group Base Specifications Issue 6, IEEE Std 1003.1
• The Little Book of Semaphores（页面存档备份，存于互联网档案馆） Allen B. Downey
• A pragmatic, historically oriented survey on the universality of synchronization primitives （页面存档备份，存于互联网档案馆）, Jouni Leppäjärvi