QNX IPC同步消息传递 Synchronous message passing

chuanpeng0130

已于 2024-01-07 11:16:03 修改

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分类专栏： QNX 文章标签： linux 运维服务器

于 2024-01-07 10:01:05 首次发布

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/chuanpeng0130/article/details/135436254

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同步消息传递在QNX Neutrino RTOS中扮演着主要的进程间通信角色。这种通信机制通过MsgSend()和MsgReceive()的交互，有效地将不同线程和进程连接在一起，构建了一个协调有序的系统。下面我们将深入了解这一同步通信的运作机制。

Client线程的状态变化

Figure 1. 在一个发送-接收-回复事务中，Client线程的状态变化。

Figure 1展示了在一个典型的发送-接收-回复事务中，Client线程的状态变化。首先，如果Client线程调用了MsgSend()，而Server线程尚未调用MsgReceive()，那么Client线程将变为SEND阻塞状态。这表示Client线程已经请求发送消息，但Server线程尚未准备好接收。

一旦Server线程调用了MsgReceive()，内核会将Client线程的状态更改为REPLY阻塞状态。这表示Server线程已经成功接收到消息，并且现在需要回复。当Server线程调用了MsgReply()后，Client线程将变为READY状态，即可继续执行其他任务。

如果在这个过程中，Server线程发生失败、退出或消失，那么Client线程将立即变为READY状态，同时MsgSend()会指示发生错误。这确保了系统的稳定性和可靠性，即使在异常情况下也能正确处理。

Server线程的状态变化

图2. 在一个发送-接收-回复事务中，server线程的状态变化。

图2展示了Server线程在发送-接收-回复事务中的状态变化。当Server线程调用MsgReceive()时，如果没有其他线程发送消息给它，它将变为RECEIVE阻塞状态。这表示Server线程正在等待接收消息，但当前没有消息可用。

当其他线程发送消息给Server线程时，它将从RECEIVE阻塞状态切换为READY状态，表示已准备好执行。如果Server线程调用了MsgReceive()，而其他线程已经发送了消息，MsgReceive()将立即返回带有消息的状态，而不会阻塞。这种机制有效地同步了发送线程和接收线程的执行。

阻塞同步机制的优势

这种固有的阻塞同步了发送线程的执行，通过请求数据发送，发送线程被阻塞，同时接收线程被调度执行。这种同步过程是高效而可靠的，而且无需内核显式确定下一个要运行的线程，这与其他形式的IPC不同。整个执行和数据流动直接从一个上下文传递到另一个上下文。

数据排队与同步

在QNX Neutrino中，消息原语中省略了数据排队的能力。这是因为数据排队可以在接收线程内部在需要时实现，而不需要在消息传递中显式引入队列。这样的设计简化了系统结构，避免了不必要的开销和复杂性。

虽然发送和接收操作是阻塞和同步的，但MsgReply()（或MsgError()）的调用并不会阻塞。由于Client线程已经被阻塞等待回复，不需要额外的同步，因此不需要阻塞的MsgReply()。这允许Server在回复Client的同时继续执行其他任务，提高了系统的并发性。

综合而言，QNX Neutrino中的同步通信机制通过简单而有效的方式实现了进程间通信，为构建高效、可靠的嵌入式系统提供了强大的基础。

例子：

假设有两个线程：Client线程和Server线程，它们分别运行在不同的进程中。Client线程希望向Server线程发送一条消息，并等待回复。

Client线程执行：
- 调用 MsgSend() 向 Server 发送消息。
- 进入 SEND 阻塞状态，等待 Server 接收消息。
Server线程执行：
- 调用 MsgReceive() 接收消息。
- 从 RECEIVE 阻塞状态切换为 READY 状态，表示已准备处理消息。
- 处理消息并调用 MsgReply() 回复。
Client线程再次执行：
- 从 REPLY 阻塞状态切换为 READY 状态，表示已收到回复。
- 继续执行其他任务。

Client线程时序图：

时间轴: |-------------------|------------------|------------------|------------------|
事件:    调用MsgSend()    SEND 阻塞        RECEIVE 阻塞      REPLY 阻塞

Server线程时序图：

时间轴: |-------------------|------------------|------------------|------------------|
事件:    调用MsgReceive() RECEIVE 阻塞      READY（处理消息）  调用MsgReply()

这里，我们看到了Client线程和Server线程在发送、接收、回复消息的过程中的状态变化。时序图描述了各个事件在时间轴上的发生顺序。

例子：

假设有两个线程：Client线程和Server线程，分别运行在不同的进程中。现在，Server线程首先调用MsgReceive()，而Client线程稍后向它发送消息。

Server线程执行：
- 调用 MsgReceive() 进入 RECEIVE 阻塞状态，等待消息的到达。
Client线程执行：
- 调用 MsgSend() 向 Server 发送消息。
- Server 线程从 RECEIVE 阻塞状态切换到 READY 状态，表示已准备接收消息。
- Server线程接收消息并执行相应操作，然后调用 MsgReply() 回复。
Server线程再次执行：
- 从 REPLY 阻塞状态切换为 READY 状态，表示已收到回复。
- 继续执行其他任务。

Server线程时序图

时间轴: |-------------------|------------------|------------------|------------------|
事件:    调用MsgReceive() RECEIVE 阻塞      READY（接收消息）  调用MsgReply()

Client线程时序图：

时间轴: |-------------------|------------------|------------------|------------------|
事件:    调用MsgSend()    SEND 阻塞        RECEIVE 阻塞      REPLY 阻塞

在这个例子中，Server线程首先调用MsgReceive()，并且在等待消息时阻塞。Client线程随后调用MsgSend()发送消息，激活了Server线程，使其从阻塞状态切换到READY状态，然后接收并处理消息。接着，Server线程调用MsgReply()回复，最终回到READY状态，准备执行其他任务。这个例子展示了Server线程在接收消息前先调用MsgReceive()的情况。