什么是信号量（semaphore)

信号量（semaphore）是一个被线程共享的非负变量。信号量是一个发信号的机制。一个等待一个信号量的线程可以被其他线程通知（signal）。这个机制通过 wait 和 signal 两个原子操作（atomic operations）来实现进程同步。

一个信号量要么允许访问资源，要么不允许访问资源。二者只能选其一。而具体是哪一种，则要看设置。

信号量的特点

下面是信号量的一些特点：

• 它是一个机制。该机制支持多任务的同时进行
• 它是一个低层级的（low-level）的同步机制
• 信号量的存储值一直是非负的
• 信号量可以使用测试操作和中断来实现。这些操作和中断需要用文件描述符来执行

信号量的类型

最常见的两种信号量：

• 计数信号量（Counting semaphores）
• 二进位信号量（Binary semaphores）

计数信号量

这种信号量用一个计数来帮助任务被获取（be acquired）或释放（be released）数次。

• 如果起始时，计数器的计数值为0（count = 0），那么创建出来的信号量就应该在不可获得的状态（unavailable state）。
• 如果起始时，计数器的计数值大于0（count > 0），那么创建出来的信号量就应该在可获得的状态（available state）。而且，总共的获取次数（tokens）就等于计数器的值。

具体机制如下图所示：

计数信号量

二进位信号量

二进位信号量和计数信号量非常相似，但是他们的计数值只能限制在0和1两个数字。在这种信号量下，等待（wait）操作只能在信号量等于1（semaphore = 1）时工作。而通知（signal）操作只有在信号量等于0（semaphore = 0）时才能成功。二进位信号量的实现要比计数信号量的实现要简单。

二进位信号量

信号量的等待操作和通知操作

信号量的等待操作（wait operation）和通知操作（signal operation）是用来实现同步的。信号量操作的不得是为了互相独立。

等待操作（wait operation）

等待操作（wait operation）用来帮助我们控制任务是否可以进入关键的部分。当信号量是正的时候，信号量将被减一。如果当信号量为负数或者零的时候，等待操作不执行任何操作。
当信号量被递减后，信号量值为负数或者零时，该指令将被挂起保持，直到信号量重新满足大于0的条件。

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

通知操作（signal operation）

通知操作（signal operation）是用于控制一个任务退出某个重要部分。当信号量的值是负的时候，信号量将被加一。

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

计数信号量vs二进位信号量

下面列举了计数信号量和二进位信号量的主要不同：

计数信号量	二进位信号量
没有互斥	互斥
任意整数值	只有0和1
多于一个槽（slot）	只有一个槽（slot）
Provide a set of Processes	It has a mutual exclusion mechanism