信號量機制怎么理解

　　信號量（Semaphore），有時被稱為信號燈，是在多線程環(huán)境下使用的一種設施，是可以用來保證兩個或多個關鍵代碼段不被并發(fā)調用。在進入一個關鍵代碼段之前，線程必須獲取一個信號量；一旦該關鍵代碼段完成了，那么該線程必須釋放信號量。其它想進入該關鍵代碼段的線程必須等待直到第一個線程釋放信號量。為了完成這個過程，需要創(chuàng)建一個信號量VI，然后將Acquire Semaphore VI以及Release Semaphore VI分別放置在每個關鍵代碼段的首末端。確認這些信號量VI引用的是初始創(chuàng)建的信號量。

　　信號量特性

　　抽象的來講，信號量的特性如下：信號量是一個非負整數(shù)（車位數(shù)），所有通過它的線程/進程（車輛）都會將該整數(shù)減一（通過它當然是為了使用資源），當該整數(shù)值為零時，所有試圖通過它的線程都將處于等待狀態(tài)。在信號量上我們定義兩種操作： Wait（等待） 和 Release（釋放）。當一個線程調用Wait操作時，它要么得到資源然后將信號量減一，要么一直等下去（指放入阻塞隊列），直到信號量大于等于一時。Release（釋放）實際上是在信號量上執(zhí)行加操作，對應于車輛離開停車場，該操作之所以叫做“釋放”是因為釋放了由信號量守護的資源。

　　1965年，荷蘭學者Dijkstra提出的信號量（Semaphores）機制是一種卓有成效的進程同步工具。在長期且廣泛的應用中，信號量機制又得到了很大的發(fā)展，它從整型信號量經記錄型信號量，進而發(fā)展為“信號量集”機制。現(xiàn)在，信號量機制已經被廣泛地應用于單處理機和多處理機系統(tǒng)以及計算機網絡中。

　　信號量機制

　　信號量機制是一種卓有成效的進程互斥同步工具。這里只介紹記錄型信號量機制，它可以有效的解決CPU“忙等”的問題，實現(xiàn)互斥。

　　記錄型信號量機制的數(shù)據(jù)結構如下（看不懂那些字母是什么其實沒有關系）：

　　type semaphore=record

　　value:integer; （下文傳說中的S）

　　L： list of process;（排隊使用的進程要待的阻塞隊列）

　　end;

　　這里需要注意記錄型信號量S的整形分量value的值的物理含義，表示該類資源可用的數(shù)目，也可以說是執(zhí)行P操作而不會被阻塞的進程的數(shù)目，一般為《=1，因為這里是進程互斥（但是也可以大于1），等于1時，表示該資源可用，等于0時，表示該資源正在被使用，而且沒有進程被阻塞，但是當期數(shù)值小于0時，其絕對值表示信號量S的阻塞隊列中的進程數(shù)。L表示進程的阻塞隊列。

　　記錄型信號機制的實現(xiàn)伴隨著P操作和V操作，P操作指的是測試，V操作指的是增加，不要問我為啥叫PV，我只能說來源于荷蘭語。一般P操作要伴隨著V操作，二者成雙成對出現(xiàn)。

　　那么我們來看看P操作和V操作到底是什么，那么神奇：

　　P的原語操作可以描述為：

　　procedure P（var s:semaphore）;

　　begin

　　s.value：=s.value-1;（將信號量值減1）

　　if s.value《0 then block（s.L）;（若信號量值小于0，則調用阻塞原語阻塞自己，插入到阻塞隊列中去）

　　end;

　　V的原語操作可以描述為：

　　procedure P（var s:semaphore）;

　　begin

　　s.value：=s.value+1;（將信號量值加1）

　　if s.value《0 then wakeup（s.L）;（若信號量值小于等于0，則調用喚醒原語從阻塞隊列中喚醒一個進程）

　　舉個實際的例子：

　　用P，V操作實現(xiàn)火車互聯(lián)網定票系統(tǒng)在北京，天津兩地的兩個終端售票進程發(fā)售同一班次車票的過程。

　?。?） 根據(jù)顧客要求找到公共數(shù)據(jù)單元

　?。?） P（S）；

　?。?） 把Pk的值讀到工作寄存器R1中；（進程的臨界區(qū)）

　?。?） 根據(jù)顧客訂票數(shù)修改R1；（進程的臨界區(qū)）

　　（5） 將R1的值寫到Pk中；（進程的臨界區(qū)）

　　（6） V（S）；

　　（7） 售出顧客所定的票，返回；

　　例如北京的售票區(qū)搶先執(zhí)行并且進入自己的臨界區(qū)，這時輪到天津區(qū)執(zhí)行進程，也要求進入臨界區(qū)，執(zhí)行P（S），但是因為北京已經在臨界區(qū)中，執(zhí)行完P了，此時的信號量S的值已經從1減為0，然后因為天津售票執(zhí)行P（S），此時P（S）的值變?yōu)?1，導致自己阻塞，直到北京之行完V（S），使得S的值變?yōu)?，然后天津從阻塞隊列中喚醒，當它再次訪問公共票據(jù)單元時，數(shù)據(jù)已經被背景改過了，然后就實現(xiàn)了互斥。