號誌 (程式設計)

號誌（英語：semaphore）又稱為旗號，是一個同步物件，用於保持在0至指定最大值之間的一個計數值。當執行緒完成一次對該semaphore物件的等待（wait）時，該計數值減一；當執行緒完成一次對semaphore物件的釋放（release）時，計數值加一。當計數值為0，則執行緒等待該semaphore物件不再能成功直至該semaphore物件變成signaled狀態。semaphore物件的計數值大於0，為signaled狀態；計數值等於0，為nonsignaled狀態。

號誌的概念是由荷蘭電腦科學家艾茲赫爾·戴克斯特拉（Edsger W. Dijkstra）發明的，廣泛的應用於不同的作業系統中。在系統中，給予每一個行程一個號誌，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。如果號誌是一個任意的整數，通常被稱為計數號誌（Counting semaphore），或一般號誌（general semaphore）；如果號誌只有二進位的0或1，稱為二進位號誌（binary semaphore）。

語法

計數號誌具備兩種操作動作，稱為V（signal()）與P（wait()）（即部分參考書常稱的「PV操作」）。V操作會增加訊號標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()），訊號標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()）。當訊號標S減為負值時，行程會被擋住，不能繼續；當訊號標S不為負值時，行程可以獲准進入臨界區段。
3. 執行V（signal()），訊號標S的值會被增加。結束離開臨界區段的行程，將會執行V（signal()）。當訊號標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

執行緒使用CreateSemaphore或CreateSemaphoreEx函式建立一個semaphore物件。此時可以指定semaphore的當前計數值與計數值上限；也可指定semaphore物件的名字。其他行程中的執行緒可以指出已存在的semaphore物件的名字通過呼叫OpenSemaphore函式打開它。

如果多個執行緒在等待一個semaphore物件，不保證按照先進先出（FIFO）順序排程這些等待執行緒。外部事件，如核心模式的非同步過程呼叫可改變等待順序。

在semaphore物件為signaled狀態時，等待函式返回會把該semaphore物件計數值減1。函式ReleaseSemaphore把semaphore物件的計數值增加指定的值。任何執行緒，哪怕它沒有等待完成過該semaphore物件，也可以使用ReleaseSemaphore來增加semaphore物件的計數。如果ReleaseSemaphore導致物件計數值超過上限，則該函式呼叫失敗，返回298號錯誤：「Too many posts were made to a semaphore」。

一個執行緒多次等待同一個semaphore物件，每次等待操作完成都會降低semaphore物件計數值（直至計數值為0時該執行緒阻塞）。然而，通過multiple-object等待函式使用一個陣列包含著同一個semaphore物件的多個控制代碼，不能實現對這個semaphore物件計數值的多次下降。

用完semaphore物件後，呼叫CloseHandle函式關閉它。semaphore物件的最後一個控制代碼被關閉後，作業系統會摧毀它。關閉semaphore並不影響它的計數值。因此，關閉semaphore前或者行程終止前，要確保已經正確呼叫過ReleaseSemaphore。否則，掛起等待該semaphore物件的執行緒會永久阻塞或逾時返回。

參見

• 哲學家就餐問題

外部連結

• semaphore.h（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） programming interface - The Open Group Base Specifications Issue 6, IEEE Std 1003.1
• The Little Book of Semaphores（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） Allen B. Downey
• A pragmatic, historically oriented survey on the universality of synchronization primitives （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）, Jouni Leppäjärvi