信號量機(jī)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(shè)施，是可以用來保證兩個或多個關(guān)鍵代碼段不被并發(fā)調(diào)用。在進(jìn)入一個關(guān)鍵代碼段之前，線程必須獲取一個信號量；一旦該關(guān)鍵代碼段完成了，那么該線程必須釋放信號量。其它想進(jìn)入該關(guān)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(guān)鍵代碼段的首末端。確認(rèn)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(fù)整數(shù)（車位數(shù)），所有通過它的線程/進(jìn)程（車輛）都會將該整數(shù)減一（通過它當(dāng)然是為了使用資源），當(dāng)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(dāng)一個線程調(diào)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(duì)列），直到信號量大于等于一時。Release（釋放）實(shí)際上是在信號量上執(zhí)行加操作，對應(yīng)于車輛離開停車場，該操作之所以叫做“釋放”是因?yàn)獒尫帕擞尚盘柫渴刈o(hù)的資源。

　　1965年，荷蘭學(xué)者Dijkstra提出的信號量（Semaphores）機(jī)制是一種卓有成效的進(jìn)程同步工具。在長期且廣泛的應(yīng)用中，信號量機(jī)制又得到了很大的發(fā)展，它從整型信號量經(jīng)記錄型信號量，進(jìn)而發(fā)展為“信號量集”機(jī)制?，F(xiàn)在，信號量機(jī)制已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于單處理機(jī)和多處理機(jī)系統(tǒng)以及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中。

　　信號量機(jī)制

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

　　記錄型信號量機(jī)制的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下（看不懂那些字母是什么其實(shí)沒有關(guān)系）：

　　type semaphore=record

　　value:integer; （下文傳說中的S）

　　L： list of process;（排隊(duì)使用的進(jìn)程要待的阻塞隊(duì)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(jìn)程的數(shù)目，一般為《=1，因?yàn)檫@里是進(jìn)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(jìn)程被阻塞，但是當(dāng)期數(shù)值小于0時，其絕對值表示信號量S的阻塞隊(duì)列中的進(jìn)程數(shù)。L表示進(jìn)程的阻塞隊(duì)列。

　　記錄型信號機(jī)制的實(shí)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(diào)用阻塞原語阻塞自己，插入到阻塞隊(duì)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(diào)用喚醒原語從阻塞隊(duì)列中喚醒一個進(jìn)程）

　　舉個實(shí)際的例子：

　　用P，V操作實(shí)現(xiàn)火車互聯(lián)網(wǎng)定票系統(tǒng)在北京，天津兩地的兩個終端售票進(jìn)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(jìn)程的臨界區(qū)）

　　（4） 根據(jù)顧客訂票數(shù)修改R1；（進(jìn)程的臨界區(qū)）

　?。?） 將R1的值寫到Pk中；（進(jìn)程的臨界區(qū)）

　?。?） V（S）；

　?。?） 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(jìn)入自己的臨界區(qū)，這時輪到天津區(qū)執(zhí)行進(jìn)程，也要求進(jìn)入臨界區(qū)，執(zhí)行P（S），但是因?yàn)楸本┮呀?jīng)在臨界區(qū)中，執(zhí)行完P(guān)了，此時的信號量S的值已經(jīng)從1減為0，然后因?yàn)樘旖蚴燮眻?zhí)行P（S），此時P（S）的值變?yōu)?1，導(dǎo)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(duì)列中喚醒，當(dāng)它再次訪問公共票據(jù)單元時，數(shù)據(jù)已經(jīng)被背景改過了，然后就實(shí)現(xiàn)了互斥。