RTOS介绍

编程入门行业动态更新时间:2024-10-27 14:27:15

RTOS介绍

Concepts

在编程中，信号量是一个变量，用于控制多线程或多进程对共享资源的访问。它类似于互斥锁，因为它可以阻止其他线程访问共享资源或临界区。

但是，mutex意味着对锁拥有所有权（即在临界区执行时，单个线程被称为拥有锁），信号量则是计数器，它可以允许多个线程进入临界区。

理论上讲，信号量是一个共享的counter，可以做原子级别的加减（PV操作）。例如，上图中Task A，B，C都想进入临界区。每个Task都调用了semaphoreTake()，使得信号量计数减1.这时，这三个task都在临界区里，信号量的值为0.

如果Task D也想进入临界区，它也先会调用semaphoreTake()。然而，这时信号量为0，semaphoreTake()会告诉Task D 等待。当任何一个别的task想要离开临界区，必须调用semaphoreGive()，对信号量原子增加。这时，Task D 再调用semaphoreTake()进入临界区。

看起来信号量工作模式像一个通用互斥锁，能够记大于 1 的数字。但是，在实践中，您很少像这样使用信号量，因为即使在临界区，也无法仅使用一个信号量来保护单个资源 ; 还需要使用其他保护机制，如队列或互斥锁来补充支持信号量。

在实践中，信号量通常被用在通知其他线程一些公共资源是不是可以使用。在生产者-消费者场景中表现很好，即一个或多个tasks生产数据，一个或多个tasks使用数据。

上面例子中，task A 和 task B（生产者）创造数据然后推入一块共享资源，例如buffer或者链表。每次这么做，都会调用semaphoreGive()对信号量+1。task C和task D可以从这块资源中读数据，删除数据（消费者）。每次从资源中读出数据，都会调用semaphoreTake()，对信号量-1.

需要注意的是，共享资源一定会被保护起来，以防止生产者对它重写。信号量被用作一个额外的信号告知消费者task 这块资源处于ready状态。通过限制信号量的最大值，我们可以控制每次都有多少信息可以推入资源或从资源取出（即最大值等于缓冲区的大小或链表的最大长度）。

当然可以有一个二进制信号量，仅仅计数1。但是这和mutex仍然是有区别的。

如前所述，mutex意味着同一个线程必须“take”和“give” mutex，即线程在临界区执行期间对mutex占有。信号量由不同的线程“take”和“give”，这意味着它最好用作同步线程的信号机制。

因为中断 (ISR) 最好不要阻塞（占用 CPU），所以通常不会在 ISR 中使用mutex。但是，可以在 ISR 中使用信号量向其他线程发出信号，表明它已执行完并且某些数据已准备好使用。

在 FreeRTOS（和其他一些 RTOS）中，mutex涉及调用线程的优先级继承。如果高优先级线程正在等待低优先级线程的锁，则将低优先级线程的优先级提高到等于或高于等待线程，以便它可以快速完成临界区的执行并释放锁。这有助于缓解优先级反转的问题。