VxWorks處理序間通訊2 -- 訊號量

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VxWorks處理序間通訊2 -- 訊號量一．訊號量的概念

是實現任務互斥、同步操作的主要機制。VxWorks提供的訊號量經過了高度最佳化，在所有任務間通訊機制中，速度最快。

 

二．訊號量的分類

Binary Semaphores（二進位）：完成互斥、同步操作的最佳方式；速度最快，最常用。

Mutual Exclusion Semaphores（互斥）：一種特殊的二進位訊號量，專門針對互斥操作進行了最佳化。

Counting Semaphores（計數）：類似於二進位訊號量，可記錄訊號量釋放的次數，可監視同一資源上的多個執行個體。

 

 

三．Binary Semaphores（二進位訊號量）

   Task經常會等待事件或需擷取資源。查詢(polling)在RealTime系統中原則上不允許，最好採用Pending，等待事件或資源。

狀態圖：

 

 

說明：

1.為某個資源調用semBCreate()建立一個binary semaphore 並規定：

SEM_Full (資源可用) SEM_Empty (資源不可用).

2.資源不可用時Task調用semTake()進入Pending直到semaphore被Given

 

相關函數：

 

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1. SEM_ID semBCreate 

2. ( 

3.    int         options,      /* semaphore options */ 

4.  

5.    SEM_B_STATE initialState  /* initial semaphore state */ 

6. ) 

7.  

8. STATUS semTake 

9. ( 

10.    SEM_ID semId, /* 需要擷取的訊號量ID */ 

11.  

12.    int timeout /* 逾時時間（tick）/no-wait/forever */ 

13. ) 

 

 

 

 

ISR（中斷服務程式）不能調用semTake()操作！

 

 

 

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1. STATUS semGive 

2. ( 

3.    SEM_ID semId /* 需要釋放的訊號量ID */ 

4. ) 

 

 

 

 

 

 

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1. semFlush() 

 

 

 

 

應用方向：

1.互斥操作：是指不同任務可以利用訊號量互斥地訪問臨界資源。這種互斥的訪問方式比中斷禁止（interrupt disable） 與優先順序鎖定

（preemptive locks）兩種互斥方式具有更加精確的粒度。

互斥操作時初始狀態設為（SEM_FULL）可用。並在同一個Task中成對、順序調用semTake()、semGive()。

 

2.同步操作：是指一個任務可以利用訊號量控制自己的執行進度，使自己同步於一組外來事件。同步操作時初始狀態設為（SEM_EMPTY）不可用。在不同Task中分別單獨調用semTake()、semGive()。

 

 

四．Mutual Exclusion Semaphores（互斥訊號量）

   互斥訊號量是一種特殊的二進位訊號量，它是針對使用二進位訊號量進行互斥操作時存在的一些問題設計的。互斥訊號量主要增加了對優先順序倒置、刪除安全以及遞迴訪問的處理。

狀態圖：

 

相關函數：

 

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1. SEM_ID semMCreate 

2. ( 

3.    int options               /* mutex semaphore options */ 

4. ) 

 

 

區別：

1.互斥訊號量只能用於互斥操作。

2.只能由已經擷取了互斥訊號量的任務去釋放它。

3.中斷服務程式(ISR)不可以釋放(semGive())互斥訊號量。

4.互斥訊號量不支援semFlush()操作。

 

應用方向：

1.避免優先順序倒置(Priority Inversion)：

 

在中，task2等待task1的資源，於是處於Pend狀態，這時一個中等優先順序的task進來，並搶佔了task1的CPU，此時的表現是低優先順序task在高優先順序的task2前執行。這種現象就是先級倒置。

 

使用semId = semMCreate(SEM_Q_PRIORITY | SEM_INVERSION_SAFE);就可以避免倒置。

 

此時，task1的優先權提升與task2一樣，至到task2執行完成。

SEM_INVERSION_SAFE不能與SEM_Q_FIFO配對！

 

2.Deletion Safety(安全刪除)

使用：semId = semMCreate(SEM_Q_FIFO | SEM_DELETE_SAFE);可以實現安全刪除。

其實質是：在Task對互斥訊號量執行semTake()操作並成功佔有該訊號量之前，隱含執行了taskSafe()操作；在執行semGive()操作之後，隱含執行taskUnsafe()操作。

如果一個任務task1試圖刪除一個已經被保護起來的任務task2，task1則將被阻塞起來，直到task2解除保護（釋放掉具有刪除保護的互斥訊號量）才能完成刪除工作。

 

3.遞迴訪問

 

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1. InitFun() 

2. { 

3.    sem_ID = semMCreate(…); 

4. } 

5.  

6. funB() 

7. { 

8.    semTake(sem_ID, SEM_FOREVER); 

9.  

10.    /*訪問臨界資源*/ 

11.  

12.    semGive(sem_ID); 

13. } 

14.  

15. funA() 

16. { 

17.    semTake(sem_ID, SEM_FOREVER); 

18.  

19.    /*訪問臨界資源*/ 

20.  

21.    funB();  //遞迴訪問， 而不會死結 

22.  

23.    semGive(sem_ID); 

24. } 

 

 

 

五．Counting Semaphores（計數訊號量）

計數訊號量與二進位訊號量都可以用於任務之間的同步與互斥。其不同點在於，計數訊號量可記錄訊號量釋放的次數，可以用來監視某一資源的使用狀況。

狀態圖：

 

相關函數：

 

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1. SEM_ID semCCreate 

2. ( 

3.    int options,              /* semaphore option modes */ 

4.  

5.    int initialCount          /* initial count */ 

6. )

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