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信号量

发布时间: 2015-04-01 10:41:01     来源: EDA中国

信号量实际上是一种约定机制,在多任务内核中普遍使用.信号量用于: 控制共享资源的使用权(满足互斥条件)

信号量实际上是一种约定机制,在多任务内核中普遍使用.信号量用于:

控制共享资源的使用权(满足互斥条件)

标志某事件的发生

使两个任务的行为同步


信号与信号量在英文中都叫做Semaphore,并不加以区分,而说它有两种类型,二进制型(binary)和计数器型(counting)。本书中的二进制型信号量实际上是只取两个值0和1的信号量。实际上这个信号量只有一位,这种信号量翻译为信号更为贴切。而二进制信号量通常指若干位的组合。而本书中解释为事件标志的置位与清除



信号像是一把钥匙,任务要运行下去,得先拿到这把钥匙。如果信号已被别的任务占用,该任务只得被挂起,直到信号被当前使用者释放。换句话说,申请信号的任务是在说:“把钥匙给我,如果谁正在用着,我只好等!”信号是只有两个值的变量,信号量是计数式的。只取两个值的信号是只有两个值0和1的量,因此也称之为信号量。计数式信号量的值可以是0到255或0到65535,或0到4294967295,取决于信号量规约机制使用的是8位、16位还是32位。到底是几位,实际上是取决于用的哪种内核。根据信号量的值,内核跟踪那些等待信号量的任务。

    
一般地说,对信号量只能实施三种操作:初始化(INITIALIZE),也可称作建立(CREATE);等信号(WAIT)也可称作挂起(PEND);给信号(SIGNAL)或发信号(POST)。信号量初始化时要给信号量赋初值,等待信号量的任务表(Waiting 
list)应清为空。

    
想要得到信号量的任务执行等待(WAIT)操作。如果该信号量有效(即信号量值大于0),则信号量值减1,任务得以继续运行。如果信号量的值为0,等待信号量的任务就被列入等待信号量任务表。多数内核允许用户定义等待超时,如果等待时间超过了某一设定值时,该信号量还是无效,则等待信号量的任务进入就绪态准备运行,并返回出错代码(指出发生了等待超时错误)。

    
任务以发信号操作(SIGNAL)释放信号量。如果没有任务在等待信号量,信号量的值仅仅是简单地加1。如果有任务在等待该信号量,那么就会有一个任务进入就绪态,信号量的值也就不加1。于是钥匙给了等待信号量的诸任务中的一个任务。至于给了那个任务,要看内核是如何调度的。收到信号量的任务可能是以下两者之一。

l          等待信号量任务中优先级最高的,或者是

l          最早开始等待信号量的那个任务,即按先进先出的原则(First In First Out ,FIFO)

有的内核有选择项,允许用户在信号量初始化时选定上述两种方法中的一种。但μC/OS-Ⅱ只支持优先级法。如果进入就绪态的任务比当前运行的任务优先级高(假设,是当前任务释放的信号量激活了比自己优先级高的任务)。则内核做任务切换(假设,使用的是可剥夺型内核),高优先级的任务开始运行。当前任务被挂起。直到又变成就绪态中优先级最高任务。



同步:

可以利用信号量使某任务与中断服务同步(或者是与另一个任务同步,这两个任务间没有数据交换)。如图2.13所示。注意,图中用一面旗帜,或称作一个标志表示信号量。这个标志表示某一事件的发生(不再是一把用来保证互斥条件的钥匙)。用来实现同步机制的信号量初始化成0,信号量用于这种类型同步的称作单向同步(unilateral 
rendezvous)。一个任务做I/O操作,然后等信号回应。当I/O操作完成,中断服务程序(或另外一个任务)发出信号,该任务得到信号后继续往下执行。




图2.13 用信号量使任务与中断服务同步

如果内核支持计数式信号量,信号量的值表示尚未得到处理的事件数。请注意,可能会有一个以上的任务在等待同一事件的发生,则这种情况下内核会根据以下原则之一发信号给相应的任务:

 

l          发信号给等待事件发生的任务中优先级最高的任务,或者




l          发信号给最先开始等待事件发生的那个任务

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