VxWorks的信号量

一.信号量的概念

是实现任务互斥、同步操作的主要机制。VxWorks提供的信号量经过了高度优化,在所有任务间通信机制中,速度最快。

二.信号量的分类

Binary Semaphores(二进制):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):一种特殊的二进制信号量,专门针对互斥操作进行了优化。

Counting Semaphores(计数):类似于二进制信号量,可记录信号量释放的次数,可监视同一资源上的多个实例。

三.Binary Semaphores(二进制信号量)

Task经常会等待事件或需获取资源。查询(polling)在RealTime系统中原则上不允许,最好采用Pending,等待事件或资源。

状态图:

说明:

1.为某个资源调用semBCreate()创建一个binary semaphore 并规定:

SEM_Full (资源可用) SEM_Empty (资源不可用).

2.资源不可用时Task调用semTake()进入Pending直到semaphore被Given


SEM_ID semBCreate
(
    int         options,      /* semaphore options */

    SEM_B_STATE initialState  /* initial semaphore state */
)

STATUS semTake
(
    SEM_ID semId, /* 需要获取的信号量ID */

    int timeout /* 超时时间(tick)/no-wait/forever */
)

ISR(中断服务程序)不能调用semTake()操作!


STATUS semGive
(
    SEM_ID semId /* 需要释放的信号量ID */
)

semFlush()

应用方向:

1.互斥操作:是指不同任务可以利用信号量互斥地访问临界资源。这种互斥的访问方式比中断禁止(interrupt disable) 与优先级锁定(preemptive locks)两种互斥方式具有更加精确的粒度。

互斥操作时初始状态设为(SEM_FULL)可用。并在同一个Task中成对、顺序调用semTake()、semGive()。

2.同步操作:是指一个任务可以利用信号量控制自己的执行进度,使自己同步于一组外部事件。同步操作时初始状态设为(SEM_EMPTY)不可用。在不同Task中分别单独调用semTake()、semGive()。

四.Mutual Exclusion Semaphores(互斥信号量)

互斥信号量是一种特殊的二进制信号量,它是针对使用二进制信号量进行互斥操作时存在的一些问题设计的。互斥信号量主要增加了对优先级倒置、删除安全以及递归访问的处理。

状态图:

相关函数:


SEM_ID semMCreate
(
    int options               /* mutex semaphore options */
)

区别:

  • 1.互斥信号量只能用于互斥操作。
  • 2.只能由已经获取了互斥信号量的任务去释放它。
  • 3.中断服务程序(ISR)不可以释放(semGive())互斥信号量。
  • 4.互斥信号量不支持semFlush()操作。

应用方向:

1.避免优先级倒置(Priority Inversion):

在上图中,task2等待task1的资源,于是处于Pend状态,这时一个中等优先级的task进来,并抢占了task1的CPU,此时的表现是低优先级task在高优先级的task2前执行。这种现象就是先级倒置。

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

此时,task1的优先级提升与task2一样,至到task2执行完成。

SEM_INVERSION_SAFE不能与SEM_Q_FIFO配对!

2.Deletion Safety(安全删除)

使用:semId = semMCreate(SEM_Q_FIFO | SEM_DELETE_SAFE);可以实现安全删除。

其实质是:在Task对互斥信号量执行semTake()操作并成功占有该信号量之前,隐含执行了taskSafe()操作;在执行semGive()操作之后,隐含执行taskUnsafe()操作。

如果一个任务task1试图删除一个已经被保护起来的任务task2,task1则将被阻塞起来,直到task2解除保护(释放掉具有删除保护的互斥信号量)才能完成删除工作。

3.递归访问


InitFun()
{
    sem_ID = semMCreate(…);
}

funB()
{
    semTake(sem_ID, SEM_FOREVER);

    /*访问临界资源*/

    semGive(sem_ID);
}

funA()
{
    semTake(sem_ID, SEM_FOREVER);

    /*访问临界资源*/

    funB();  //递归访问, 而不会死锁

    semGive(sem_ID);
}

五.Counting Semaphores(计数信号量)

计数信号量与二进制信号量都可以用于任务之间的同步与互斥。其不同点在于,计数信号量可记录信号量释放的次数,可以用来监视某一资源的使用状况。

状态图:

相关函数:


SEM_ID semCCreate
(
    int options,              /* semaphore option modes */

    int initialCount          /* initial count */
)
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