RTOS-Chapter3-1.ppt

第三章 任务的同步与通信 主要内容 概述 任务同步（互斥） 信号量 任务通信 μc-os-II的任务的同步、互斥和通信 概述-多任务系统中任务之间的关系 相互独立：仅竞争CPU资源 竞争除CPU外的其他资源（互斥） 同步：协调彼此运行的步调 通信：彼此间传递数据或信息，以协同完成某项工作 概述-通信与同步方式 单向同步或通信：一个任务与另一个任务或一个ISR同步或通信。 双向同步或通信：两个任务相互同步或通信。双向同步不能在任务与ISR之间进行，因为ISR不能等待。 第二章的前驱图 概述 在嵌入式多任务系统中，任务间的耦合程度是不一样的： 耦合程度较高：任务之间需要进行大量的通信，相应的系统开销较大； 耦合程度较低：任务之间不存在通信需求，其间的同步关系很弱甚至不需要同步或互斥，系统开销较小。 研究任务间耦合程度的高低对于合理地设计应用系统、划分任务有很重要的作用。 概述-通信与同步的解决方法 嵌入式操作系统内核提供的同步、互斥与通信机制主要包括： 信号量（semaphore），用于互斥与同步 事件（组）（event group），用于同步 异步信号（asynchronous signal），用于同步 邮箱（mailbox）、消息队列（message queue）或管道（pipe），用于消息通信 概述-一些其他解决方法 以下一些机制也可用于同步与通信（在单处理器或多处理器系统中）： 全局变量 共享内存 Sockets（TCP/IP） 远程过程调用（Remote Procedure Call）（也是基于TCP/IP 本节结束 任务同步 产生原因：引入任务后，提高了系统的吞吐量和利用率，但是可能会产生混乱，尤其是很多任务在访问一些临界资源（共享资源）时。 任务同步的主要任务：使并发执行的任务之间能有效地共享资源和互相合作，从而使程序的执行具有可再现性。 任务同步的基本概念 两种形式的制约关系：直接制约和间接制约 临界资源 临界区 同步机制应遵循的规则 1.两种形式的制约关系 间接制约关系：这是由于竞争相同资源（共享资源）而引起的，得到资源的程序段可以投入运行，而得不到资源的程序段就是暂时等待，直至获得可用资源时再继续运行 (打印机不能后台工作) 直接制约关系：由于任务之间的合作。 2.临界资源 在计算机中有许多资源只允许一个任务使用，如果有多个任务同时去使用这类资源就会产生严重的错误。 几个任务若共享同一临界资源，它们必须以互斥的方式使用这个临界资源，即当一个任务正在使用临界资源且尚未使用完毕时，则其他任务必须推迟对该资源的进一步操作，在当前任务的使用完成之前，不能从中插进去使用这个临界资源，否则将会造成信息混乱和操作出错（打印机）。 临界资源举例:生产者-消费者问题 著名的任务同步问题。 临界资源不仅仅是打印机，内存变量也可以是临界资源。 问题描述 一个生产者任务生产产品，并将这些产品提供给消费者任务去使用。为使生产者任务与消费者任务能并发执行，在两者之间设置了一个具有N个缓冲区的缓冲池，生产者任务将它所生产的每一个产品都放入一个缓冲区；消费者任务可从一个缓冲区中每次取走一个产品进行消费。 ？直接制约关系-如果处理不好也会产生间接制约关系 问题的限制-同步规则 两个任务之间可以异步执行，但是它们之间必须保持同步，同步规则如下： 不允许消费者任务去一个空缓冲区取产品 也不允许生产者任务往装满产品的缓冲区放置产品。 数学模型 用空间为n的数组表示缓冲池 用指针in指示下一个可投放产品的缓冲区； 用指针out指示下一个可从中获取产品的缓冲区；counter用于表示缓冲池内部可用产品数。 In、out和counter的初始值都为0。 数学模型 每放入一个产品in+1 -in=(in+1) % N; 每取一个产品out+1 -out = (out+1) % N; counter = 0 -表示池空 counter = N - 表示池满 数学模型 每放入一个产品in+1 -in=(in+1) % N; 每取一个产品out+1 -out = (out+1) % N; in = out -表示池空 (in+1) % N = out - 表示池满 变量定义 #define N 10 int buffer[N]; int in,out int counter; 生产者程序 void producer(void) { for(;;) { … Produce an item in nextp; //nextp局部变量 … while (counter == N) {} buffer[in] = nextp; in = (in+1) % N; counter = counter +1 ; } } 消费者程序