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2024-RSOC
【2024-RSOC】Task的同步和通讯(Day3)
发布于 2024-07-25 00:14:28 浏览:204
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[tocm] # 线程间同步与线程间通信 * 本章节中我将会阐述如何实现在线程间同步和线程间如何通信 ## 线程间同步 线程间同步在RT-Thread中存在三种方式,分别是 ### 1- 信号量 (semaphore) 信号量是一种轻型的用于解决线程间同步问题的内核对象,线程可以获取或释放它,从而达到同步或互斥的目的。 信号量工作示意图如下图所示,每个信号量对象都有一个信号量值和一个线程等待队列, 信号量的值对应了信号量对象的实例数目、资源数目,假如信号量值为 5, 则表示共有 5 个信号量实例(资源)可以被使用,当信号量实例数目为零时, 再申请该信号量的线程就会被挂起在该信号量的等待队列上,等待可用的信号量实例(资源)。 ![screenshot_06sem_ops.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20240725/3b314a91970ba84b30154c37ffc99ad3.png) 信号量的创建一共有两种方式,分别是静态创建以及动态分配通过调用下面的Functions **静态创建** ```c rt_sem_t rt_sem_create(const char *name, rt_uint32_t value, rt_uint8_t flag); ``` **动态创建** ```c rt_err_t rt_sem_init(rt_sem_t sem, const char *name, rt_uint32_t value, rt_uint8_t flag) ```
需要注意的是,静态创建的任何的对象只可以调用,detach 方法进行脱离,脱离之后,内存并没有被释放。而动态创建的则会被自动 回收
同时我们注意到,在上述创建信号量的时候有一个Flag参数,这个flag决定了Task获取信号量的方式。 这个参数接收两个参数 ```c RT_IPC_FLAG_FIFO 先进先出, 谁先第一个尝试获取信号量,则优先分配给谁 RT_IPC_FLAG_PRIO 基于优先级, 基于线程优先级的抢占式调度 ``` 如果这个信号量的值设置为1,那么其实等同于互斥锁。用户可以通过调用下面的Function来获取和释放信号量 **尝试获取信号量,如果当前无法获取到信号量则等待固定事件** ```c rt_err_t rt_sem_take (rt_sem_t sem, rt_int32_t time); ``` **尝试立即获取信号量** ```c rt_err_t rt_sem_trytake(rt_sem_t sem); ``` 那么如果信号量设置的值大于等于1的话,那么实际上表明的则为当前资源的可用数量, 让我们举一个例子,比如说现在A 主要负责生产巧克力, B则是负责吃巧克力 我们用下面的代码来来表示(生产者消费者模型) ```c var 巧克力数量; function A() { while(1){ GenerateChocolateAndUpdate(); // 生产并且更新巧克力数量 WiatTime(); //休息 } } function B() { while(1) { 尝试获取巧克力,如果巧克力数量!=0,那么获取到巧克力 { 吃巧克力,巧克力数量-1 }else{ 获取失败,什么都不做 } } } ``` ![screenshot_sem.jpg](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20240725/40669c9ef639f134e44b846a6a16e214.jpg.webp) Code at day3/[semaphore_test.c](semaphore_test.c) ### 2- 互斥锁,互斥集(Mutex) 互斥锁只有两种状态,它可以被用来描述一个资源,可用或者不可用。 如果一个task获取到了这个锁,那么其他的tasks无法再同时获取到这个锁。除非获取到锁的 线程主动释放这个锁。 当一个线程持有互斥量时,其他线程将不能够对它进行开锁或持有它,持有该互斥量的线程也能够再次获得这个锁而不被挂起,如下图时所示 这个特性与一般的二值信号量有很大的不同:在信号量中,因为已经不存在实例,线程递归持有会发生主动挂起(最终形成死锁)。 **演示** ```c void some_function() { rt_mutex_take(); // 第一次获取锁 rt_mutex_take(); // 第二次尝试获取锁,这将导致死锁,因为线程A已经持有这个锁,但由于它再次尝试获取锁而被挂起,无法继续执行 rt_mutex_release(); // 释放锁 rt_mutex_release(); // 释放锁 } ``` 同样互斥锁,存在两种创建的方法,类似其他的RT-object 1- 静态创建 ```c rt_err_t rt_mutex_init (rt_mutex_t mutex, const char* name, rt_uint8_t flag); ``` 2- 动态创建 ```c rt_mutex_t rt_mutex_create (const char* name, rt_uint8_t flag); ``` **删除** ```c rt_err_t rt_mutex_delete (rt_mutex_t mutex); ``` **脱离** ```c rt_err_t rt_mutex_detach (rt_mutex_t mutex); ``` **获取互斥量** ```c rt_err_t rt_mutex_take (rt_mutex_t mutex, rt_int32_t time); //等待指定时间,若获取不到 rt_err_t rt_mutex_trytake(rt_mutex_t mutex); //不等待 ``` **释放互斥量** ```c rt_err_t rt_mutex_release(rt_mutex_t mutex); ``` 可以使用互斥量来实现两个Task对同一块资源的访问,比如说使同一个变量 ++ ![screenshot_mutex.jpg](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20240725/c03f31811d0f6775bdc7647e92a2bd19.jpg.webp) Code at day3/[mutex_test.c](mutex_test.c) ### 3- 事件集 (Event group) 事件集主要用于线程间的同步,与信号量不同,它的特点是可以实现一对多,多对多的同步。 即一个线程与多个事件的关系可设置为:其中任意一个事件唤醒线程,或几个事件都到达后才唤醒线程进行后续的处理; 同样,事件也可以是多个线程同步多个事件。这种多个事件的集合可以用一个 32 位无符号整型变量来表示, 变量的每一位代表一个事件,线程通过 “逻辑与” 或“逻辑或”将一个或多个事件关联起来,形成事件组合。 事件的 “逻辑或” 也称为是独立型同步,指的是线程与任何事件之一发生同步;事件 “逻辑与” 也称为是关联型同步, 指的是线程与若干事件都发生同步。 ![screenshot_06event_work.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20240725/a599071aebedd356b77f7e3e19d0d1fc.png) **创建事件Group** ```c rt_event_t rt_event_create(const char* name, rt_uint8_t flag); //动态 rt_err_t rt_event_init(rt_event_t event, const char* name, rt_uint8_t flag); //静态 ``` 上述需要注意的是,事件集合也是可以FIFO 和基于Priority的调度 **删除和脱离** ```c rt_err_t rt_event_delete(rt_event_t event); // 删除 rt_err_t rt_event_detach(rt_event_t event); //脱离 ``` 重要的方法在Send 和 receive事件结合上, 由于事件集合是一个32Bit的数,使用**1 << 位数** 或者使**用其他逻辑运算符**来确定,哪个事件产生了 ```c rt_err_t rt_event_send(rt_event_t event, rt_uint32_t set); ``` **接收事件** ```c rt_err_t rt_event_recv(rt_event_t event, rt_uint32_t set, rt_uint8_t option, rt_int32_t timeout, rt_uint32_t* recved); ``` 这里需要注意的是这几个参数,分别是SET,即32bits中的哪一个bit对应的事件是你感兴趣的,这里也可以使用逻辑与指定多个 **option 可选参数如下** ```c /* 选择 逻辑与 或 逻辑或 的方式接收事件 */ RT_EVENT_FLAG_OR RT_EVENT_FLAG_AND /* 选择清除重置事件标志位 */ RT_EVENT_FLAG_CLEAR ``` ![screenshot_event-group.jpg](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20240725/748d665545003686ec4e12e72e73c88a.jpg.webp) Code at day3/[event_group.c](event_group.c) # 线程之间通信 这里我就不详细的写官方的function,其实这些functions RT-Thread官方命名结构, 文档等都维护的非常好。很多方法的名称的命名规则基本上都是一样的。 基本上看明白了一个,就可以看懂其他相关的Function了。我这里将会对线程之间通信的demo 进行展示。 分别使用邮箱和 消息队列。 TODO
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