Un semáforo es una variable entera propuesta por E. W. Dijkstra (1965) para contar el número de "despertares" pendientes. Resuelve el problema de los despertares perdidos de sleep/wakeup descrito en Sistemas Operativos/Concurrencia.

Operaciones

Dijkstra las llamó P (proberen, probar) y V (verhogen, incrementar); Tanenbaum usa down y up:

• down(s): si s > 0, lo decrementa y continúa. Si s == 0, el proceso se duerme sin completar el down.
• up(s): incrementa s. Si había procesos dormidos en el semáforo, el sistema elige uno y le permite completar su down.

Ambas operaciones son indivisibles (atómicas): una vez iniciada, ningún otro proceso puede acceder al semáforo hasta que termine. Normalmente se implementan como Sistemas Operativos/Llamadas al sistema, deshabilitando brevemente las interrupciones o usando TSL/XCHG en multiprocesadores.

Tipos

• Semáforo binario (mutex): inicializado en 1, garantiza exclusión mutua.
• Semáforo contador: inicializado en N, cuenta recursos disponibles.

Además de exclusión mutua, los semáforos sirven para sincronización: garantizar que ciertos eventos ocurren en cierto orden.

Productor-consumidor con semáforos

const int N = 100;
typedef int semaphore;
semaphore mutex = 1;     /* controla el acceso a la región crítica */
semaphore empty = N;     /* cuenta ranuras vacías del búfer */
semaphore full  = 0;     /* cuenta ranuras llenas del búfer */

void producer(void) {
    int item;
    while (TRUE) {
        item = produce_item();
        down(&empty);
        down(&mutex);
        insert_item(item);
        up(&mutex);
        up(&full);
    }
}

void consumer(void) {
    int item;
    while (TRUE) {
        down(&full);
        down(&mutex);
        item = remove_item();
        up(&mutex);
        up(&empty);
        consume_item(item);
    }
}

• mutex se usa para exclusión mutua.
• full y empty se usan para sincronización.

⚠️ El orden importa

Si el productor invierte down(&empty) y down(&mutex) y el búfer está lleno, se bloquea con el mutex tomado: el consumidor nunca puede entrar y ambos quedan bloqueados para siempre. Es un interbloqueo — ver Sistemas Operativos/Interbloqueos.

Esta fragilidad motivó primitivas de más alto nivel: Sistemas Operativos/Mutex y monitores.

Semáforos en la práctica (POSIX)

sem_init, sem_wait (down), sem_post (up), sem_destroy.

#sistemas-operativos #tanenbaum #semaforos #concurrencia