sem信号量什么意思

信号量（Semaphore）是一种用于多线程或多进程环境中控制共享资源访问的同步机制，由荷兰计算机科学家Dijkstra于1965年提出。其核心功能是通过计数器管理资源的可用数量，协调线程/进程的执行顺序，避免竞态条件。以下是关键知识点：

1. 核心原理

信号量维护一个非负整型计数器：

- 计数器>0：表示可用资源数量，线程可申请资源（计数器减1）。

- 计数器=0：资源耗尽，新线程需阻塞等待（通过原子操作保障准确性）。

- V操作（signal）：释放资源时计数器加1，唤醒等待线程。

2. 类型区分

- 二进制信号量（Binary Semaphore）：计数器仅0或1，等同于互斥锁，用于临界区保护。

- 计数信号量（Counting Semaphore）：计数器取值范围≥0，用于管理多实例资源（如线程池、缓冲区槽位）。

3. 实现机制

- 原子操作：PV操作必须为不可分割的指令（如TSL、CAS），防止多线程同时修改计数器导致数据错误。

- 阻塞队列：当资源不足时，操作系统将等待线程挂起并存入队列，释放资源时按优先级/FIFO策略唤醒。

4. 经典应用场景

- 生产者-消费者模型：缓冲区空/满状态通过两个信号量控制，避免越界读写。

- 读写锁实现：用计数器区分读者数量与写者独占，提升并发效率。

- 线程池任务调度：空闲工作线程数量通过信号量动态调整。

5. 扩展知识

- POSIX信号量：Linux中提供`sem_init()`、`sem_wait()`等API，支持进程间同步（命名信号量）。

- 优先级反转问题：高优先级线程因信号量被低优先级线程占用而阻塞，需通过优先级继承协议解决。

- 与互斥锁区别：信号量可跨线程释放，而互斥锁必须由持有者释放；信号量更适用于资源池管理。

6. 潜在风险

- 死锁：多个信号量申请顺序不一致可能导致循环等待（需按固定顺序获取）。

- 资源泄漏：未正确释放信号量会造成资源 starvation（建议使用RAII模式封装）。信号量的合理使用需结合具体场景权衡性能与复杂度。如需更高层次的同步抽象，可考虑管程（Monitor）或条件变量（Condition Variable）。