一、整型信号量

最初由Dijkstra把整型信号量定义为一个整型量，除初始化外，仅能通过两个标准的原子操作（Atomic Operation）wait（S）和signal（S）来访问。这两个操作一直被分别称为P、V操作。wait和signal操作可描述为：

P(S): while(S<=0);
      S=S-1;

V(S): S=S+1;

面临的问题：只要是信号量S<=0，就会不断地测试。因此，该机制并未遵循"让权等待"的准则。

二、记录型信号量

• 一个用于代表资源数目的整型变量value

• 一个进程链表L，用于链接所有等待进程

typedef struct semaphore
{
    int value;
    List_of_Process L;
}

semaphore S;

P(S):

S.value=S.value-1;
if(S.value<0)
    block(S.L);

V(S):

S.value=S.value+1;
if(S.value<=0)
    wakeup(S.L);

S.value的初值表示系统中某类资源的数目，因而又称为资源信号量，对它的每次wait操作，意味着进程请求一个单位的该类资源，因此描述为S.value=S.value-1;。当S.value<0时，表示该类资源已分配完毕，因此进程应调用block原语，进行自我阻塞，放弃处理机，并插入到信号量链表S.L中。可见，该机制遵循了“让权等待”准则。此时S.value的绝对值表示在该信号量链表中已阻塞进程的数目。

对信号量的每次signal操作，表示执行进程释放一个单位资源，故S.value=S.value+1操作表示资源数目加1。若加1后仍是S.value<=0，则表示在该信号量链表中，仍有等待该资源的进程被阻塞，故还应调用wakeup原语，将S.L链表中的第一个等待进程唤醒。 如果S.value的初值为1，表示只允许一个进程访问临界资源，此时的信号量转化为互斥信号量。

三、AND信号量

AND同步机制的基本思想是：将进程在整个运行过程中需要的所有资源，一次性全部地分配给进程，待进程使用完后再一起释放。只要尚有一个资源未能分配给进程，其它所有可能为之分配的资源，也不分配给他。亦即，对若干个临界资源的分配，采取原子操作方式：要么全部分配到进程，要么一个也不分配。

信号量集

• 思考：记录型信号量有何不便之处?

  • 当一次需要多个资源时，需要进行多次P操作
  • 同理，要进行多次释放V操作

• 如何改进：

// t为下限值，d为需求值

Swait(S[1],t[1],d[1],...,S[n],t[n],d[n])
    if(S[1]>=t[1] and ... and S[n]>=t[n])
        for(i=1;i<=n;i++)
            S[i]=S[i]-d[i];
    else
        Place the executing process in the waiting queue ofthe first S[i] with S[i]<t[i] and set its program counter to the beginning of the Swait Operation.

signal(S[1],d[1],...,S[n],d[n])
    for
    {
        S[i]=S[i]+d[i];
        Remove all the process waiting in the queue associated with S[i] into the ready queue.
    }

一般“信号量集”的几种特殊情况

1. Swait(S, d, d)：此时在信号量集中只有一个信号量S，但允许它每次申请d个资源，当现有资源数少于d时，不予分配。

2. Swait(S, 1, 1)：此时的信号量集已退化为一般的记录型信号量(S>1时)或互斥信号量(S=1时)。

3. Swait(S, 1, 0)：这是一种很特殊且很有用的信号量操作。当S≥1时，允许多个进程进入某特定区；当S变为0后，将阻止任何进程进入特定区。换言之，它相当于一个可控开关。