12.5.2 信号量

Edsger Dijkstra，并发编程领域的先锋人物，提出了一种经典的解决同步不同执行线程问题的方法，这种方法是基于一种叫做信号量（semaphore）的特殊类型变量的。信号量 s 是具有非负整数值的全局变量，只能由两种特殊的操作来处理，这两种操作称为 P 和 V：

P(s)：如果 s 是非零的，那么 P 将 s 减 1，并且立即返回。如果 s 为零，那么就挂起这个线程，直到 s 变为非零，而一个 V 操作会重启这个线程。在重启之后，P 操作将 s 减 1，并将控制返回给调用者。
V(s)：V 操作将 s 加 1。如果有任何线程阻塞在 P 操作等待 s 变成非零，那么 V 操作会重启这些线程中的一个，然后该线程将 s 减 1，完成它的 P 操作。

P 中的测试和减 1 操作是不可分割的，也就是说，一旦预测信号量 s 变为非零，就会将 s 减 1，不能有中断。V 中的加 1 操作也是不可分割的，也就是加载、加 1 和存储信号量的过程中没有中断。注意，V 的定义中没有定义等待线程被重启动的顺序。唯一的要求是 V 必须只能重启一个正在等待的线程。因此，当有多个线程在等待同一个信号量时，你不能预测 V 操作要重启哪一个线程。

P 和 V 的定义确保了一个正在运行的程序绝不可能进入这样一种状态，也就是一个正确初始化了的信号量有一个负值。这个属性称为信号量不变性（semaphore invariant），为控制并发程序的轨迹线提供了强有力的工具，在下一节中我们将看到。

Posix 标准定义了许多操作信号量的函数。

#include <semaphore.h>

int sem_init(sem_t *sem, 0, unsigned int value);
int sem_wait(sem_t *s);  /* P(s) */
int sem_post(sem_t *s);  /* V(s) */

返回：若成功则为 0，若出错则为 -1。

sem_init 函数将信号量 sem 初始化为 value。每个信号量在使用前必须初始化。针对于我们的目的，中间的参数总是零。程序分别通过调用 sem_wait 和 sem_post 函数来执行 P 和 V 操作。为了简明，我们更喜欢使用下面这些等价的 P 和 V 的包装函数：

#include "csapp.h"

void P(sem_t *s);  /* Wrapper function for sem_wait */
void V(sem_t *s);  /* Wrapper function for sem_post */

返回：无。

旁注　P 和 V 名字的起源

Edsger Dijkstra（1930—2002）出生于荷兰。名字 P 和 V 来源于荷兰语单词 Proberen（测试）和 Verhogen（增加）。