VxWorks 进程间通信2 -- 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

相关函数：

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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！

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

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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：

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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

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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：

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SEM_ID semCCreate
(
int options, /* semaphore option modes */
int initialCount /* initial count */
)