操作系统有信号量（semaphore）的概念……检查数值、修改变量值以及可能发生的休眠操作均为单一的、不可分割的原子操作完成。保证一个一个信号量操作开始，则在操作完成或阻塞之前，其他进程均不允许访问该信号量。这种原子性对于解决同步问题和避免竞争条件是绝对比较的。
以上是摘自《现代操作系统》中的一段话，我的问题是：信号量的原子操作是如何实现的？
还记得小学上课的场景吗？ 当老师问：“这个问题谁能回答?” 如果这时候所有知道答案的小盆友全都站起来回答，你一句我一句整个课堂会乱套了。 于是老师定下规则发言之前必须举手，由老师从举手的同学中挑一个来回答。当一个同学答完后，老师再挑下一位同学来回答。 这里的“举手”就是信号，通知给“老师”（操作系统），由“老师”（操作系统）统一进行调度。 所以整套机制的关键就是制定规则和执行调度的“老师”（操作系统）。 当你站在操作系统的角度，所有的线程都需要经过你来执行时，你会发现要实现信号量的实现并不难。
一般是采用CPU支持的特殊指令实现Compare-And-Swap。参见http://en.wikipedia.org/wiki/Compare-and-swap
信号量是建立在原子操作基础上的。
信号量实现的关键在于，如何原子地递增或者递减一个变量？
对于单 CPU 系统，在 x86 平台有对指定内存递增和递减的指令。然而，对多 CPU 系统这样仍然不够。为此，在多数 CPU 平台，使用特定的 lock 前缀，使得在指令执行过程中锁住内存总线，这样其它 CPU 由于得不到总线仲裁的许可，无法同时修改其值。
进程执行 P 操作的时候，首先原子地递减相应的计数，如果执行完之后小于零，则失败，扔到等待队列中。这个检查检查的是递减指令执行之后的标志，存放于 CPU 自己的寄存器中，不会与其它 CPU 共享，所以总是准确的。V 操作类似。
参考资料：《独辟蹊径品内核：Linux内核源代码导读》（李云华著），第 2.3.1、2.3.2 节。