信号量方法的基本原则：两个或多个进程可以用信号的方法进行协作；进程可以在任何地方停下来以等待收到特定的信号；信号的实现是用一种称为信号量（Semaphore）的特殊变量。

信号量S就是一个特殊变量，包含一个整数值。
在S上可以执行两个原子操作：wait(S)用来接受信号，也称为P操作；signal(S)用来发送信号，也称为V操作。

信号量分类：计数信号量（Counting Semaphore）、二元信号量（Binary Semaphore）、结构信号量（Structure Semaphore），

结构型信号量

结构型信号量数据结构

typedef struct
{
	int value;
	struct process *L;	// L指向一个进程队列
}

wait操作

void wait(semaphore *S)
{
	s.value--;
	if (s.value < 0)
	{
		add this process into S.L;
		block();
	}
}

signal操作

void signal(semaphore *S)
{
	s.value++;
	if (s.value <= 0)
	{
		remove a process P from S.L;
		wakeup(P);
	}
}

如何用信号量实现互斥？

用信号量实现互斥的方法：
（S.value初始值为1）
wait(S);
临界区
signal(S);

例如：有三个进程P、Q、R欲进入临界区，S.value初始值为1。P进入时，先执行wait(S)，此时S.value=0，不满足if条件，则wait结束，P进入临界区。若此时Q想要进入临界区，也需执行wait，此时S.value=-1，满足<0条件，则将进程加入S,L，block阻塞进程，使其等待。同理若R想进入临界区，则有S.value=-2，R进程也阻塞。
此时若P从临界区出来，执行signal，此时S.value=-1，满足if条件，从等待进程中选择一个进入临界区，假设按照FCFS算法，使Q进入。同理Q出临界区后，S.value=0，R进入，R出临界区后，S.value=1，回归初始值。

如何用信号量实现同步？

用信号量实现同步的方法：
S.value初始值为0
在先执行的进程段后面加signal(S)
后执行的进程段前面加wait(S)

例子：假设有P1和P2两个进程，要求P1进程的A段必须在P2进程的B段之前执行。
(1) 若此时P1先执行，执行完A段后，执行signal(S)，此时S.value=1，不满足signal中的if条件，不进行任何操作，结束signal。再执行P2的B段之前，执行wait(S)，此时S.value=0，不满足wait中的if条件，不进行任何操作，结束wait，执行B。
(2) 若此时P2先执行，执行B段之前先执行wait(S)，此时S.value=-1，满足wait中的if条件，B段进入S.L队列，阻塞。执行P1中的A段，结束后执行signal(S)，此时S.value=0，满足signal中的if条件，将B移出等待队列，唤醒B进程。

信号量取值特点
一个信号量的值可以为负数，其绝对值表示有多少个进程等待这个信号量。
一个信号量的值可以为正数，表示有一个或多个被积累下来的唤醒操作。

使用信号量时需要避免的错误
死锁：两个或多个进程无限地等待一个事件，而这个事件只能由这些等待进程之一来产生。
饥饿：无限期阻塞，即进程在信号内无限等待的情况。

参考文献
北京工业大学网课《操作系统原理》金雪云