信号量

信号量（英語：semaphore）又稱為信号标，是一个同步对象，用于保持在0至指定最大值之间的一个计数值。当线程完成一次对该semaphore对象的等待（wait）时，该计数值减一；当线程完成一次对semaphore对象的释放（release）时，计数值加一。当计数值为0，则线程等待该semaphore对象不再能成功直至该semaphore对象变成signaled状态。semaphore对象的计数值大于0，为signaled状态；计数值等于0，为nonsignaled状态。

信号量的概念是由荷兰计算机科学家艾兹赫尔·戴克斯特拉（Edsger W. Dijkstra）发明的[1]，广泛的应用于不同的操作系统中。在系統中，給予每一個行程一個信号量，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()）（即部分参考书常称的“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

线程使用CreateSemaphore或CreateSemaphoreEx函数创建一个semaphore对象[2]。此时可以指定semaphore的当前计数值与计数值上限；也可指定semaphore对象的名字。其他进程中的线程可以指出已存在的semaphore对象的名字通过调用OpenSemaphore函数打开它。

如果多个线程在等待一个semaphore对象，不保证按照先进先出（FIFO）顺序调度这些等待线程。外部事件，如内核模式的异步过程调用可改变等待顺序。

在semaphore对象为signaled状态时，等待函数返回会把该semaphore对象计数值减1。函数ReleaseSemaphore把semaphore对象的计数值增加指定的值。任何线程，哪怕它没有等待完成过该semaphore对象，也可以使用ReleaseSemaphore来增加semaphore对象的计数。如果ReleaseSemaphore导致对象计数值超过上限，则该函数调用失败，返回298号错误：“Too many posts were made to a semaphore”。

一个线程多次等待同一个semaphore对象，每次等待操作完成都会降低semaphore对象计数值（直至计数值为0时该线程阻塞）。然而，通过multiple-object等待函数使用一个数组包含着同一个semaphore对象的多个句柄，不能实现对这个semaphore对象计数值的多次下降。

用完semaphore对象后，调用CloseHandle函数关闭它。semaphore对象的最后一个句柄被关闭后，操作系统会摧毁它。关闭semaphore并不影响它的计数值。因此，关闭semaphore前或者进程终止前，要确保已经正确调用过ReleaseSemaphore。否则，挂起等待该semaphore对象的线程会永久阻塞或超时返回。

参见

参考资料

  1. ^ 戴克斯特拉, 艾兹赫尔. Over de sequentialiteit van procesbeschrijvingen (EWD-74) (PDF). E·W·戴克斯特拉档案馆. 得克萨斯大学奥斯汀分校美国历史中心.  (文字版本)
  2. ^ MSDN:Semaphore Objects. [2016-09-05]. （原始内容存档于2016-09-16）. 

外部連結