Semaphore - 信号量
1. 什么是信号量
一个信号量是一个整数变量，在多个进程间进行共享. 信号量的主要目的在于 ：
- 处理同步问题
- 并发环境下用于共享资源的访问控制
信号量的取值取决于遇到的具体问题，通常，会使用可用资源的个数作为信号量的初始值。
2. 信号量操作
信号量包含两个独立的原子操作，也就是 wait 和 signal. 也被称之为 P (荷兰语Proberen(测试)的首字母) 和 V 荷兰语Verhogen(增加)的首字母.
假设 S 表示一个信号量，他的整数值代表了某种可用资源的数量，那么 wait 和 signal 操作分表可用如下的伪代码表示
wait
如果 S 的值大于 0，wait 操作会简单的进行减 1 操作，表示仍有资源可以用于分配；如果 S 已经是 0 ， 表示没有可用的资源进行分配， 那么调用 wait 操作的进程会进入休眠（sleep）状态
signal
如果没有其它进程等待资源， signal 操作会进行一个加 1 操作；否则，一个等待的进程会被唤醒（操作系统调度器），最终，唤醒的进程获得了资源的访问控制权限。
简单总结
wait： (把信号量减1)，若成功，则退出；若失败，则该进程被阻塞；
signal：(把信号量加1)，如果发现有被阻塞的进程，则选择一个唤醒之。
3. 信号量的种类
Binary Semphore - 二元信号量
二元信号量的取值只能是 0 或 1, 可以实现互斥的效果（mutex）， 可以用来解决临界区（critial section）问题。
binary semphore is not a mutex ?
Counting Semphore - 计数信号量
计数信号量的取值域是不受限制的，可以用来解决资源分配的同步问题。
信号量的实现，通常需要一个整数值来保存信号量的值，以及一个指针指向等待队列中下一个要执行的进程，同时要避免死锁（deadlock）和饥饿 (starvation)
死锁的情况
进程 0 执行了 wait(S) 操作，然后进程被打断，进程 1 开始执行 wait(Q) 操作后，就开始等待信号量 S, 会被阻塞，然后进入休眠状态，当内核开始执行进程 0 时，信号量 Q 已经被使用，所以两个进程互相等待对方的情况，出现了死锁
如何解决 ?
4. 使用信号量的例子
临界区问题
临界区（critical section）是指代码的一部分，必须避免并发访问。 这时，可以使用一个二元信号量来解决这个问题，信号量的值初始化为 1. 保证互斥的执行临界区代码，一旦 signal 操作，内核会将休眠的进程添加到就绪队列，等待内核执行该进程时，就可以继续执行临界的代码。确保在任何时刻，临界区的代码只有一个和进程在执行
以顺序执行
假设要执行代码片段 S1 和 S2 ，但是要求 S1 先执行， S2 后执行
使用一个初始值为 0 的信号量就可以解决这个问题：
生产者/消费者问题
在这个问题中，生产者往缓冲区中生产物品，消费中从缓冲区中拿出来消费，他们分别对应 Producer 进程和 Consumer 进程，这是，使用一个信号量 S 代表换取中的物品个数，初始化为 0.
缓冲区满了，生产者应该停止生产，进入休眠状态，缓冲区空闲了，谁来通知 Producer 进程呢？
使用三个信号量：
empty： 表示缓冲区中剩余空间大小，初始化为缓冲区的大小
full：表示缓冲区中已用空间大小，初始化为 0
S 用来保护缓冲区同时只能被一个进程访问， 初始化 1
·
生产者：
如果 empty 信号量变为 0 ，生产者进入休眠状态；否则往缓冲区里进行生产，然后通知 full 信号量，因此会触发唤醒任何可能等待的消费者
消费者：
如果 full 信号量变为 0 ，消费者进入休眠状态，否则从缓冲区中取出物品，并通知 empty 信号量，因此会触发唤醒任何需要进程生成的生成者
除非缓冲区中还有空间，否则生产者进入休眠状态；除非缓冲区中还有元素，否则消费者进入休眠状态
还有很多案例，包括哲学家吃饭问题，同一数据集上的读写问题….
工作中的例子
参考文献
[2] 哲学家进餐问题
[3] PV操作