號誌 (程式設計)

信號量（英語：semaphore）又稱為旗號，是一個同步對象，用於保持在0至指定最大值之間的一個計數值。當線程完成一次對該semaphore對象的等待（wait）時，該計數值減一；當線程完成一次對semaphore對象的釋放（release）時，計數值加一。當計數值為0，則線程等待該semaphore對象不再能成功直至該semaphore對象變成signaled狀態。semaphore對象的計數值大於0，為signaled狀態；計數值等於0，為nonsignaled狀態。

信號量的概念是由荷蘭計算機科學家艾茲赫爾·戴克斯特拉（Edsger W. Dijkstra）發明的，廣泛的應用於不同的操作系統中。在系統中，給予每一個行程一個信號量，代表每個行程目前的狀態，未得到控制權的行程會在特定地方被強迫停下來，等待可以繼續進行的訊號到來。如果信號量是一個任意的整數，通常被稱為計數訊號量（Counting semaphore），或一般訊號量（general semaphore）；如果信號量只有二進位的0或1，稱為二進位訊號量（binary semaphore）。

語法

計數訊號量具備兩種操作動作，稱為V（signal()）與P（wait()）（即部分參考書常稱的「PV操作」）。V操作會增加信號標S的數值，P操作會減少它。

運作方式：

1. 初始化，給與它一個非負數的整數值。
2. 執行P（wait()），信號標S的值將被減少。企圖進入臨界區段的行程，需要先執行P（wait()）。當信號標S減為負值時，行程會被擋住，不能繼續；當信號標S不為負值時，行程可以獲准進入臨界區段。
3. 執行V（signal()），信號標S的值會被增加。結束離開臨界區段的行程，將會執行V（signal()）。當信號標S不為負值時，先前被擋住的其他行程，將可獲准進入臨界區段。

Windows API提供的semaphore

線程使用CreateSemaphore或CreateSemaphoreEx函數創建一個semaphore對象。此時可以指定semaphore的當前計數值與計數值上限；也可指定semaphore對象的名字。其他進程中的線程可以指出已存在的semaphore對象的名字通過調用OpenSemaphore函數打開它。

如果多個線程在等待一個semaphore對象，不保證按照先進先出（FIFO）順序調度這些等待線程。外部事件，如內核模式的異步過程調用可改變等待順序。

在semaphore對象為signaled狀態時，等待函數返回會把該semaphore對象計數值減1。函數ReleaseSemaphore把semaphore對象的計數值增加指定的值。任何線程，哪怕它沒有等待完成過該semaphore對象，也可以使用ReleaseSemaphore來增加semaphore對象的計數。如果ReleaseSemaphore導致對象計數值超過上限，則該函數調用失敗，返回298號錯誤：「Too many posts were made to a semaphore」。

一個線程多次等待同一個semaphore對象，每次等待操作完成都會降低semaphore對象計數值（直至計數值為0時該線程阻塞）。然而，通過multiple-object等待函數使用一個數組包含着同一個semaphore對象的多個句柄，不能實現對這個semaphore對象計數值的多次下降。

用完semaphore對象後，調用CloseHandle函數關閉它。semaphore對象的最後一個句柄被關閉後，操作系統會摧毀它。關閉semaphore並不影響它的計數值。因此，關閉semaphore前或者進程終止前，要確保已經正確調用過ReleaseSemaphore。否則，掛起等待該semaphore對象的線程會永久阻塞或超時返回。

參見

• 哲學家就餐問題

外部連結

• semaphore.h（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） programming interface - The Open Group Base Specifications Issue 6, IEEE Std 1003.1
• The Little Book of Semaphores（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） Allen B. Downey
• A pragmatic, historically oriented survey on the universality of synchronization primitives （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）, Jouni Leppäjärvi