RTThread學習筆記——線程間通訊學習

由通訊提出的問題

　　在裸機編程的過程當中，咱們常常會遇到函數須要另外一些函數的數據信息，也就是通訊，這時咱們會怎麼作呢？進行裸機開發的同窗確定都會說：使用全局變量，經過指針實現之類。使用全局變量快捷且高效。　　

　　可是在RTOS系統中，這會遇到一些問題：怎樣防止許多線程同時進行對這個變量的訪問？怎樣觀測通訊是否已經發生，從而進行通訊以後的工做？（例如：進行優先級轉換，或者進行數據的處理）若是有個線程比較磨蹭，通訊遲遲不發生，CPU豈不是要尷尬地等待很久。。

　　對於這些問題，操做系統給出了本身的通訊方法與函數供使用者調用，固然，也最好使用操做系統的通訊機制。

　　

　　咱們打開RTT 的IDE，而後打開內核的Setting，會看到RTT的一些設定：

　　

　　能夠看到，線程間通訊一欄，這就是RTT給開發者提供的通訊機制，在實際開發中，這些機制能夠知足絕大部分需求。RTT系統默認打開了信號量，互斥量，事件集，郵箱，消息隊列五種機制。

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信號量：

二值信號量：

　　在咱們的裸機開發過程當中，常常會使用一個變量：Flag，大多數時候，這個叫作Flag的變量會在0和1之間反覆橫跳，用於標記某一件事情是否發生，並常常被用於中斷。這個Flag就是一個信號量，實際上，它是咱們最常使用的通訊方式之一。

　　在RTT系統中，信號量會被獲取或者釋放（由獲取/釋放函數實現），當它被獲取時，就爲0，當它被釋放，就爲1。這樣的信號量被稱爲二值信號量。

　　舉一個例子（僞代碼）：

static void xxx1()
{
    while(1)
    {
         /*一個傳感器採集一個特別複雜的數據,須要3S，不須要CPU參與*/
         xxx
    }
}

static void xxx2()
{
    while(1)
    {
         /*將這個數據交給CPU進行分析,數據無效就捨棄*/   
         xxx
　　　　　 rt_thread_mdelay(xx)　
    }
}    

　　在這個例子中，有兩個線程，線程2中，CPU一直在等待數據，但數據卻老是無效的（由於傳感器還沒采集到數據），這讓CPU一直在進行數據驗證，雖然CPU中間進行了一些延時，但仍然在無效數據上浪費了時間，這時，就須要信號量出馬了

 

　　改良後數據以下（僞代碼）：　　

rt_sem_create(xxx);    //信號量建立函數，參數中默認爲1，表示是釋放的，具體參數不贅述

static void xxx1()
{
    while(1)
    {
         rt_sem_take(xxx)    //獲取信號量，這時信號量被置0

         /*一個傳感器採集一個特別複雜的數據,須要3S，不須要CPU參與*/
         xxx

         rt_sem_release(xxx)  //釋放信號量，這時信號量被置1
    }
}

static void xxx2()
{
    while(1)
    {
         rt_sem_take(xxx)    //獲取信號量，當信號量已經被其餘線程獲取，就進入阻塞態等待,等待時間自定，這裏不贅述

         /*將這個數據交給CPU進行分析,數據無效就捨棄*/   
         xxx

         rt_sem_release(xxx)  //釋放信號量
　　　rt_thread_mdelay(xx)　
    }
}        

　　這裏咱們看到，當傳感器開始工做時，信號量已經被獲取了，這時進入線程二想要處理數據，就會進入阻塞態，讓出CPU去作其餘的事情，當傳感器得到數據後，就會釋放信號量，這時，線程二就從阻塞態中退出，從而去處理有效的數據。（注意：獲取信號量進行相關操做後應馬上釋放信號量，若是不進行釋放，可能會致使其餘線程沒法運行）

　　通過這一番操做，無效數據不會被一次又一次的處理了，而是在傳感器得到數據後，CPU直接去處理有效的數據，節省了許多無效操做。

 

計數型信號量：

　　計數型信號量與二值信號量相似，只不過範圍從二值的[0,1]，變爲了[0，65535]，這樣它就能夠被多個線程獲取，獲取的最大數目由使用者自定，使用的系統函數與二值信號量相同。

　　計數信號量常常被用於控制一些公共資源的訪問數量，例如一個資源最多能夠被x個線程同時訪問，多於x時效率大大降低或者會出現錯誤（有點像網站服務器限制訪客數量）。

 

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互斥量：

　  互斥量是一種特殊的二值信號量，其與二值信號量的最大區別爲引入了優先級繼承機制。

　　優先級繼承機制：若是一個高優先級的線程去申請一個已經被低優先級得到的互斥量，高優先級會進入到阻塞態，而持有這個互斥量的線程地位會瞬間與高優先級同樣，取得高優先級相同的優先等級，這就是「優先級繼承」

　　這樣有什麼好處呢？這裏依然是一個栗子。

static void HIGH()
{
    xxx
}

static void MIDDLE()
{
    xxx
}

static void LOW()
{
    xxx
}

　　假設有三個線程，優先度分別爲高，中，低。理所固然，開發者但願高優先級的越快處理越好，低優先級的則不是很緊要。

　　這時，若是有個二值信號量，被低優先級(LOW)獲取。而後高優先級(HIGH)的也想要獲取這個信號量，因而進入了阻塞等待。

　　可是當LOW準備用CPU運行時，MIDDLE卻發話了：我有更緊要的任務，你讓開。LOW小弟就被擠到了一邊，畢竟它是優先級最低的。

　　這就產生了一個問題，開發者最但願運行的HIGH在等待信號量，而MIDDLE卻在運行（假設MIDDLE和HIGH無關聯，此時HIGH就要等待MIDDLE運行+LOW運行，而不是隻等待LOW運行），LOW在等待CPU讓出。這顯然違背了開發者「高優先級越快越好」的想法。

　　

　　怎樣解決這個問題，這時就引入互斥量來解決這個問題，當HIGH進入阻塞態以後，LOW瞬間「繼承」了HIGH的優先級，LOW小弟也暫時體驗了當大哥的感受，並把MIDDLE擠到一邊，快速的處理起了數據，並在處理完後變回原來的優先級，將互斥量釋放，HIGH得以繼續運行。這樣，經過暫時提升LOW的優先級，開發者所但願的HIGH處理越快越好的想法得以實現。

 

（暫時記錄信號量和互斥量的學習筆記，文中可能有些理解和想法有略微的誤差，請注意=））