Semaforos

Un semáforo es una variable especial (o tipo abstracto de datos) que constituye el método clásico para restringir o permitir el acceso a recursos compartidos (por ejemplo, un recurso de almacenamiento del sistema o variables del código fuente) en un entorno de multiprocesamiento (en el que se ejecutarán varios procesos concurrentemente). Fueron inventados por Edsger Dijkstra en 1965 y se usaronpor primera vez en el sistema operativo THEOS.
Los semáforos se emplean para permitir el acceso a diferentes partes de programas (llamados secciones críticas) donde se manipulan variables o recursos que deben ser accedidos de forma especial. Según el valor con que son inicializados se permiten a más o menos procesos utilizar el recurso de forma simultánea.
Un tipo simple de semáforo es el binario,que puede tomar solamente los valores 0 y 1. Se inicializan en 1 y son usados cuando sólo un proceso puede acceder a un recurso a la vez. Son esencialmente lo mismo que los mutex. Cuando el recurso está disponible, un proceso accede y decrementa el valor del semáforo con la operación P. El valor queda entonces en 0, lo que hace que si otro proceso intenta decrementarlo tenga que esperar. Cuandoel proceso que decrementó el semáforo realiza una operación V, algún proceso que estaba esperando comienza a utilizar el recurso.
Para hacer que dos procesos se ejecuten en una secuencia predeterminada puede usarse un semáforo inicializado en 0. El proceso que debe ejecutar primero en la secuencia realiza la operación V sobre el semáforo antes del código que debe ser ejecutado después del otroproceso. Éste ejecuta la operación P. Si el segundo proceso en la secuencia es programado para ejecutar antes que el otro, al hacer P dormirá hasta que el primer proceso de la secuencia pase por su operación V. Este modo de uso se denomina señalación (signaling), y se usa para que un proceso o hilo de ejecución le haga saber a otro que algo ha sucedido.
Los semáforos pueden ser usados para diferentespropósitos, entre ellos:
Implementar cierres de exclusión mutua o locks
Barreras
Permitir a un máximo de N threads (hilos) acceder a un recurso, inicializando el semáforo en N
Notificación. Inicializando el semáforo en 0 puede usarse para comunicación entre threads sobre la disponibilidad de un recurso

Un semáforo es una estructura diseñada para sincronizar dos o más threads o procesos, de modoque su ejecución se realice de forma ordenada y sin conflictos entre ellos.
El por qué no se pueden usar directamente otras estructuras más clásicas, como por ejemplo usar una variable común para decidir si se puede o no acceder a un recurso, se debe a que estamos en un sistema multitarea: hacer esto implicaría realizar una espera activa (un bucle, comprobando constantemente si la variable está ono a 0, y así saber si podemos seguir ejecutando o no). Por otro lado, puede ocurrir algo mucho peor: supongamos que un proceso comprueba la variable, y ve que el recurso está libre, por lo que procedería a cambiar dicha variable de valor y seguir. Pues bien, si justo después de la comprobación pero antes de que cambie el valor se conmuta de tarea (puede pasar, pues el sistema operativo puedehacerlo en cualquier momento), y el nuevo proceso comprueba la variable, como todavía no se ha actualizado, creerá que el recurso está libre, e intentará tomarlo, haciendo que ambos programas fallen. Lo peor del caso es que se tratará de un error aleatorio: unas veces fallará (cuando se produzca cambio de tarea en ese punto) y otras no.
Para evitarlo, se idearon los semáforos. Un semáforo básico es unaestructura formada por una posición de memoria y dos instrucciones, una para reservarlo y otra para liberarlo. A esto se le puede añadir una cola de threads para recordar el orden en que se hicieron las peticiones.
Se empieza por inicializar la posición de memoria a 1 (o al valor correspondiente si ese recurso concreto admite más de un acceso simultáneo). Esto se hace en el inicio del programa...