基于上诉信号量实现可以认为，当多个（>1）进程可以进行互斥或同步合作时，一个进程会由于无法满足信号量设置的某条件而在某一位置停止，直到它接收到一个特定的信号（表明条件满足了）。为了发信号，需要使用一个称作信号量的特殊变量。为通过信号量s传送信号，信号量的V操作采用进程可执行原语semSignal(s)；为通过信号量s接收信号，信号量的P操作采用进程可执行原语semWait(s)；如果相应的信号仍然没有发送，则进程被阻塞或睡眠，直到发送完为止。

    ucore中信号量参照上述原理描述，建立在开关中断机制和wait_queue的基础上进行了具体实现。信号量的数据结构定义如下：

    2.     int value;                   //信号量的当前值
    3.     wait_queue_t wait_queue;     //信号量对应的等待队列
    4. } semaphore_t;

    在ucore中最重要的信号量操作是P操作函数down(semaphore_t *sem)和V操作函数 up(semaphore_t *sem)。但这两个函数的具体实现是__down(semaphore_t *sem, uint32_t wait_state) 函数和__up(semaphore_t *sem, uint32_t wait_state)函数，二者的具体实现描述如下：

    ● __down(semaphore_t *sem, uint32_t wait_state, timer_t *timer)：具体实现信号量的P操作，首先关掉中断，然后判断当前信号量的value是否大于0。如果是>0，则表明可以获得信号量，故让value减一，并打开中断返回即可；如果不是>0，则表明无法获得信号量，故需要将当前的进程加入到等待队列中，并打开中断，然后运行调度器选择另外一个进程执行。如果被V操作唤醒，则把自身关联的wait从等待队列中删除（此过程需要先关中断，完成后开中断）。具体实现如下所示：

    2. digraph "__down" {
    3.   graph [bgcolor="#F7F5F3", fontname="Arial", fontsize="10", label="", rankdir="LR"];
    4.   node [shape="box", style="filled", color="blue", fontname="Arial", fontsize="10", fillcolor="white", label=""];
    5.   edge [color="#CC0044", fontname="Arial", fontsize="10", label=""];
    6.   graph [bgcolor="#F7F5F3"];
    7.   __N1 [color="red", label="__down"];
    8.   __N2 [label="__intr_save"];
    9.   __N3 [label="__intr_restore"];
    10.   __N4 [label="wait_current_set"];
    11.   __N5 [label="schedule"];
    12.   __N6 [label="wait_in_queue"];
    13.   __N7 [label="wait_queue_del"];
    14.   __N8 [label="down"];
    15.   __N9 [label="phi_take_forks_sema"];
    16.   __N10 [label="cond_signal"];
    17.   __N11 [label="phi_put_forks_sema"];
    18.   __N12 [label="cond_wait"];
    19.   __N13 [label="lock_mm"];
    20.   __N14 [label="phi_take_forks_condvar"];
    21.   __N1 -> __N2;
    22.   __N1 -> __N3;
    23.   __N1 -> __N4;
    24.   __N1 -> __N5;
    25.   __N1 -> __N6;
    26.   __N1 -> __N7;
    27.   __N9 -> __N8;
    28.   __N10 -> __N8;
    29.   __N11 -> __N8;
    30.   __N12 -> __N8;
    31.   __N13 -> __N8;
    32.   __N14 -> __N8;
    33.   __N15 -> __N8;
    34.   __N8 -> __N1;
    35. }

    ● __up(semaphore_t *sem, uint32_t
    wait_state)：具体实现信号量的V操作，首先关中断，如果信号量对应的wait
    queue中没有进程在等待，直接把信号量的value加一，然后开中断返回；如果有进程在等待且进程等待的原因是semophore设置的，则调用wakeup_wait函数将waitqueue中等待的第一个wait删除，且把此wait关联的进程唤醒，最后开中断返回。具体实现如下所示：

    与__up相关的调用和被调用函数关系图如下所示：

    1. digraph "__up" {
    2.   graph [bgcolor="#F7F5F3", fontname="Arial", fontsize="10", label="", rankdir="LR"];
    3.   node [shape="box", style="filled", color="blue", fontname="Arial", fontsize="10", fillcolor="white", label=""];
    4.   edge [color="#CC0044", fontname="Arial", fontsize="10", label=""];
    5.   graph [bgcolor="#F7F5F3"];
    6.   __N1 [color="red", label="__up"];
    7.   __N2 [label="__intr_save"];
    8.   __N3 [label="wait_queue_first"];
    10.   __N7 [label="up"];
    11.   __N8 [label="phi_test_sema"];
    12.   __N9 [label="phi_take_forks_sema"];
    13.   __N10 [label="cond_signal"];
    14.   __N11 [label="phi_put_forks_sema"];
    15.   __N12 [label="cond_wait"];
    16.   __N13 [label="unlock_mm"];
    17.   __N14 [label="phi_take_forks_condvar"];
    18.   __N15 [label="phi_put_forks_condvar"];
    19.   __N1 -> __N2;
    20.   __N1 -> __N3;
    21.   __N1 -> __N5;
    22.   __N1 -> __N6;
    23.   __N8 -> __N7;
    24.   __N9 -> __N7;
    25.   __N10 -> __N7;
    26.   __N11 -> __N7;
    27.   __N12 -> __N7;
    28.   __N13 -> __N7;
    29.   __N14 -> __N7;
    30.   __N15 -> __N7;
    31.   __N7 -> __N1;
    32. }
    • value>0，表示共享资源的空闲数
    • value=0，表示等待队列为空