信号量机制怎么理解

　　信号量（Semaphore），有时被称为信号灯，是在多线程环境下使用的一种设施，是可以用来保证两个或多个关键代码段不被并发调用。在进入一个关键代码段之前，线程必须获取一个信号量；一旦该关键代码段完成了，那么该线程必须释放信号量。其它想进入该关键代码段的线程必须等待直到第一个线程释放信号量。为了完成这个过程，需要创建一个信号量VI，然后将Acquire Semaphore VI以及Release Semaphore VI分别放置在每个关键代码段的首末端。确认这些信号量VI引用的是初始创建的信号量。

　　信号量特性

　　抽象的来讲，信号量的特性如下：信号量是一个非负整数（车位数），所有通过它的线程/进程（车辆）都会将该整数减一（通过它当然是为了使用资源），当该整数值为零时，所有试图通过它的线程都将处于等待状态。在信号量上我们定义两种操作： Wait（等待） 和 Release（释放）。当一个线程调用Wait操作时，它要么得到资源然后将信号量减一，要么一直等下去（指放入阻塞队列），直到信号量大于等于一时。Release（释放）实际上是在信号量上执行加操作，对应于车辆离开停车场，该操作之所以叫做“释放”是因为释放了由信号量守护的资源。

　　

　　1965年，荷兰学者Dijkstra提出的信号量（Semaphores）机制是一种卓有成效的进程同步工具。在长期且广泛的应用中，信号量机制又得到了很大的发展，它从整型信号量经记录型信号量，进而发展为“信号量集”机制。现在，信号量机制已经被广泛地应用于单处理机和多处理机系统以及计算机网络中。

　　信号量机制

　　信号量机制是一种卓有成效的进程互斥同步工具。这里只介绍记录型信号量机制，它可以有效的解决CPU“忙等”的问题，实现互斥。

　　记录型信号量机制的数据结构如下（看不懂那些字母是什么其实没有关系）：

　　type semaphore=record

　　value:integer; （下文传说中的S）

　　L： list of process;（排队使用的进程要待的阻塞队列）

　　end;

　　这里需要注意记录型信号量S的整形分量value的值的物理含义，表示该类资源可用的数目，也可以说是执行P操作而不会被阻塞的进程的数目，一般为《=1，因为这里是进程互斥（但是也可以大于1），等于1时，表示该资源可用，等于0时，表示该资源正在被使用，而且没有进程被阻塞，但是当期数值小于0时，其绝对值表示信号量S的阻塞队列中的进程数。L表示进程的阻塞队列。

　　

　　记录型信号机制的实现伴随着P操作和V操作，P操作指的是测试，V操作指的是增加，不要问我为啥叫PV，我只能说来源于荷兰语。一般P操作要伴随着V操作，二者成双成对出现。

　　那么我们来看看P操作和V操作到底是什么，那么神奇：

　　P的原语操作可以描述为：

　　procedure P（var s:semaphore）;

　　begin

　　s.value：=s.value-1;（将信号量值减1）

　　if s.value《0 then block（s.L）;（若信号量值小于0，则调用阻塞原语阻塞自己，插入到阻塞队列中去）

　　end;

　　V的原语操作可以描述为：

　　procedure P（var s:semaphore）;

　　begin

　　s.value：=s.value+1;（将信号量值加1）

　　if s.value《0 then wakeup（s.L）;（若信号量值小于等于0，则调用唤醒原语从阻塞队列中唤醒一个进程）

　　举个实际的例子：

　　用P，V操作实现火车互联网定票系统在北京，天津两地的两个终端售票进程发售同一班次车票的过程。

　　（1） 根据顾客要求找到公共数据单元

　　（2） P（S）；

　　（3） 把Pk的值读到工作寄存器R1中；（进程的临界区）

　　（4） 根据顾客订票数修改R1；（进程的临界区）

　　（5） 将R1的值写到Pk中；（进程的临界区）

　　（6） V（S）；

　　（7） 售出顾客所定的票，返回；

　　例如北京的售票区抢先执行并且进入自己的临界区，这时轮到天津区执行进程，也要求进入临界区，执行P（S），但是因为北京已经在临界区中，执行完P了，此时的信号量S的值已经从1减为0，然后因为天津售票执行P（S），此时P（S）的值变为-1，导致自己阻塞，直到北京之行完V（S），使得S的值变为0，然后天津从阻塞队列中唤醒，当它再次访问公共票据单元时，数据已经被背景改过了，然后就实现了互斥。