信號量
除了臨界點機制、互斥量機制可實現(xiàn)臨界資源的互斥訪問外，信號量（Semaphore）是另一選擇。
信號量與互斥量的區(qū)別
- 對于互斥量來說，主要應用于臨界資源的互斥訪問，并且能夠有效地避免優(yōu)先級反轉問題。
- 對于信號量而言，它雖然也能用于臨界資源的互斥訪問，但是不能處理優(yōu)先級反轉問題。
也正因為信號量沒有考慮優(yōu)先級反轉問題，所以相對于互斥量來說是一種輕量級的實現(xiàn)方式，比互斥量耗費更少的CPU資源。
此外，信號量除了用于互斥，還可以用于處理不同線程之間的同步問題，而互斥量卻不行。
針對上述情況，有三種類型的信號量，按照功能來分，可以分為線程對臨界資源互斥訪問的互斥信號量、用于線程間同步的信號量、控制系統(tǒng)中臨界資源的多個實例使用的計數(shù)信號量。
用于同步的信號量其初始值在創(chuàng)建信號量時設置為0，表示同步事件尚未發(fā)生。
臨界資源互斥的信號量初始值為1，表明當前沒有任務獲取該信號量。
用于控制系統(tǒng)中臨界資源的多個實例使用的計數(shù)信號量其初始值為n，表明需要管理的實例個數(shù)最大數(shù)為n，這樣的信號量也稱為計數(shù)信號量。
以下例子，通過一個計數(shù)信號量和互斥信號量實現(xiàn)對一個有界緩沖使用的控制，這就是“生產者與消費者”問題。
- 計數(shù)信號量FULL表示已經被填充了的數(shù)據(jù)項目。
- 計數(shù)信號量EMPTY表示空閑數(shù)據(jù)項數(shù)目。
以上的取值范圍均為（0,n-1）,其初始值分別為0，n-1。
由于有界緩沖區(qū)是共享資源，還需要一個互斥信號量MUTEX控制生產者線程與消費者線程對它的互斥訪問，其初始值為1。
創(chuàng)建信號量
acoral_evt_t *acoral_sem_create(unsigned int semNum)
{
acoral_evt_t *evt;
evt = acoral_alloc_evt();
if (NULL == evt)
{
return NULL;
}
semNum = 1 - semNum;
evt->count = semNum;
evt->type = ACORAL_EVENT_SEM;
evt->data = NULL;
acoral_evt_init(evt);
return evt;
}
初始化信號量。當靜態(tài)定義信號量而不是采用指針形式定義時，內存空間已經在定義時分配，此時應當調用初始化函數(shù)acoral_sem_init()對定義過的信號量進行初始化。
aCoralSemRetValEnum acoral_sem_init(acoral_evt_t *evt,unsigned int semNum)
{
if(NULL == evt)
{
return SEM_ERR_NULL;
}
semNum = 1 - semNum;
evt->count = semNum;
evt->type = ACORAL_EVENT_SEM;
evt->data = NULL;
acoral_evt_init(evt);
return SEM_SUCCED;
}
與互斥量初始化類似，就是為acoral_evt_t各個成員賦值。
這里需要提及的是count初始化，從傳入的參數(shù)semNum可知，該變量用來表示當前信號量所控制的臨界資源的實例的數(shù)量，但在具體實現(xiàn)時，并不是和大家想象的數(shù)字一樣，如1代表有1個資源，2代表有2個資源…
在實現(xiàn)時，實例數(shù)量是用“1-semNum”來表示的，此時0代表有1個資源，-1代表有兩個資源，1代表已經沒有資源，且有1個線程在等待該資源實例。
申請信號量。申請信號量時需要傳入兩個參數(shù)：先前創(chuàng)建的信號量的地址，超時處理的時間。
acoralSemRetValEnum acoral_sem_pend(acoral_evt_t *evt, unsigned int timeout)
{
acoral_thread_t *cur = acoral_cur_thread;
if(acoral_intr_nesting)
{
return SEM_ERR_INTR;
}
if(NULL == evt)
{
return SEM_ERR_NULL;
}
if(ACORAL_EVENT_SEM != evt->type)
{
return SEM_ERR_TYPE;
}
//計算信號量處理
acoral_enter_critical();
/*判斷是否還有可用資源，從前面的介紹可知，這里的SEM_RES_AVAI其實就是0，如果count數(shù)目小于等于0，代表有資源實例。如果count大于0，代表在等待的有多少個線程。如果有可用的資源實例，讓count的數(shù)目加一后退出，表示成功申請信號量。*/
if((char)evt->count <= SEM_RES_AVAI)
{
evt->count++;
acoral_exit_critical();
return SEM_SUCCED;
}
//如果無可用的資源實例，讓count的數(shù)目加一后，再將自身掛起，重新調度線程
evt->count++;
acoral_unrdy_thread(cur);
if(timeout > 0)
{
cur->delay = TIME_TO_TICKS(timeout);
timeout_queue_add(cur);
}
acoral_evt_queue_add(evt, cur);
acoral_exit_critical();
acoral_sched();
acoral_enter_critical();
//如果某個線程等待某個資源實例而又無法獲取，它將被掛起，而若它希望被掛起的時間小于一個設定值timeout，還需將TCB的成員更新為timeout，并掛載到延遲隊列中，如果延遲時間到，將進行相應處理
if(timeout > 0 && cur->Delay <= 0)
{
evt->count--;
acoral_evt_queue_Del(cur);
acoral_exit_critical();
return SEM_ERR_TIMEOUT;
}
timeout_queue_del(cur);
acoral_exit_critical();
return SEM_SUCCED;
}
釋放信號量
acoralSemRetValEnum acoral_sem_post(acoral_evt_t *evt)
{
acoral_thread_t *thread;
/* 參數(shù)檢測*/
if (NULL == evt)
{
return SEM_ERR_NULL; /* error*/
}
if (ACORAL_EVENT_SEM != evt->type)
{
return SEM_ERR_TYPE;
}
acoral_enter_critical();
if((char)evt->count <= SEM_RES_NOVAI)
{
evt->count--;
acoral_exit_critical();
return SEM_SUCCED;
}
evt->count--;
thread = acoral_evt_high_thread(evt);
if(thread == NULL)
{
acoral_print("Err Sem post\n");
acoral_Exit_critical();
return SEM_ERR_UNDEF;
}
timeout_queue_del(thread);
acoral_evt_queue_del(thread);
acoral_rdy_thread(thread);
acoral_exit_critical();
acoral_sched();
return SEM_SUCCED;
}
同步機制
信號量機制不僅可以實現(xiàn)臨界資源互斥訪問，控制系統(tǒng)中臨界資源多個實例的使用，還可以用于維護線程之間、線程和中斷之間的同步。
當信號量用來實現(xiàn)同步時，其初始值為0，如一個線程正等待某個I/O操作，當該I/O操作完成后，中斷服務程序發(fā)出信號量，該線程得到信號量后才能繼續(xù)往下執(zhí)行。
某個線程將一直處于等待狀態(tài)，除非獲取了其它線程發(fā)給它的信號量。
用于互斥的信號量初始值在創(chuàng)建時設置為1，此時1-semNum=0，是小于等于0的，表明當前沒有線程獲取該信號量。
而用于同步的信號量初始值在信號量創(chuàng)建時設置為0，此時1-semNum=1，是大于1的，表明同步尚未發(fā)生。文章來源：http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-719887.html
同步信號量的實現(xiàn)和互斥信號量是一樣的，只是創(chuàng)建時傳入的參數(shù)決定了是用于同步還是用于互斥。文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-719887.html
到了這里，關于嵌入式實時操作系統(tǒng)的設計與開發(fā)（信號量學習）的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內容，請在右上角搜索TOY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！
