RT_thread（四）线程间同步之信号量

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已于 2022-05-28 20:36:41 修改

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分类专栏： RT_Thread学习之路文章标签：网络

于 2022-05-24 15:41:08 首次发布

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/ljh5930/article/details/124903030

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本文详细介绍了线程间同步的概念，重点讲解了信号量的机制、控制块、管理方式，并提供了具体的创建、删除、获取和释放信号量的示例。通过停车场的例子帮助理解信号量的工作原理，展示了如何在RT-Thread实时系统中使用信号量实现线程同步。

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线程间同步

在多线程实时系统中，一项工作的完成往往可以通过多个线程协调的方式共同来完成，而通过这三种方式：信号量、互斥量、事件集可以保证多个线程之间同步。
线程的同步方式有很多种，其核心思想都是：在访问临界区的时候只允许一个 (或一类) 线程运行。进入 / 退出临界区的方式有很多种：
1）调用 rt_hw_interrupt_disable() 进入临界区，调用 rt_hw_interrupt_enable() 退出临界区；详见《中断管理》的全局中断开关内容。
2）调用 rt_enter_critical() 进入临界区，调用 rt_exit_critical() 退出临界区。

线程同步是指多个线程通过特定的机制（如互斥量，事件对象，临界区）来控制线程之间的执行顺序

1.信号量

以生活中的停车场为例来理解信号量的概念：

①当停车场空的时候，停车场的管理员发现有很多空车位，此时会让外面的车陆续进入停车场获得停车位；

②当停车场的车位满的时候，管理员发现已经没有空车位，将禁止外面的车进入停车场，车辆在外排队等候；

③当停车场内有车离开时，管理员发现有空的车位让出，允许外面的车进入停车场；待空车位填满后，又禁止外部车辆进入。

在此例子中，管理员就相当于信号量，管理员手中空车位的个数就是信号量的值（非负数，动态变化）；停车位相当于公共资源（临界区），车辆相当于线程。车辆通过获得管理员的允许取得停车位，就类似于线程通过获得信号量访问公共资源。

1.信号量机制

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。

2.信号量控制块

信号量控制块是操作系统用于管理信号量的一个数据结构

struct rt_semaphore
{
   
    struct rt_ipc_object parent; //继承ipc_object结构体{rt_object（name、type、flag）； suspend_thread}            

    rt_uint16_t          value;     //信号量的数值（例如空车位数量）
};
typedef struct rt_semaphore *rt_sem_t;

在这里插入图片描述
第一个parent rt_ipc_object
{struct rt_object parent;
rt_list_t suspend_thread;
}
第二个parent rt_object
{
char name[RT_NAME_MAX];
rt_uint8_t type;
rt_uint8_t flag;
}

3.信号量管理方式

Kernel中的 ipc.c

在这里插入图片描述

函数顺序按照ipc.c中顺序（内核代码顺序是按照创作顺序书写的）

1.判断是否使用信号量

#ifdef RT_USING_SEMAPHORE

信号量的开端，在rtconfig.h中是否宏定义了，才可使用信号量函数（一般都是定义的）

2.初始化和脱离

初始化（多是对系统静态句柄操作）

rt_err_t rt_sem_init(rt_sem_t    sem,//信号量对象的句柄（停车场地址）
                     const char *name,//信号量名称（停车场名字）
                     rt_uint32_t value,//信号量初始值（停车场车位数量）
                     rt_uint8_t  flag)//信号量标志等待线程队列RT_IPC_FLAG_FIFO（按顺序） 或 RT_IPC_FLAG_PRIO（按优先级）（排队顺序还是优先级顺序进出）
{
   
    RT_ASSERT(sem != RT_NULL);//信号量对象的句柄是否存在

    /* init object */
    rt_object_init(&(sem->parent.parent), RT_Object_Class_Semaphore, name);
    //sem->parent.parent的初始化（见1.2信号量控制块）

    /* init ipc object */
    rt_ipc_object_init(&(sem->parent));
    //sem->parent的初始化（见1.2信号量控制块）

    /* set init value */
    sem->value = value;//赋值

    /* set parent */
    sem->parent.parent.flag = flag;//设置标志位RT_IPC_FLAG_FIFO（按顺序） 或 RT_IPC_FLAG_PRIO（按优先级）

    return RT_EOK;
}
RTM_EXPORT(rt_sem_init);

脱离（内存继续存在，所以是脱离-内存还存在）
有初始化必有脱离

rt_err_t rt_sem_detach(rt_sem_t sem)
{
   
    /* parameter check */
    RT_ASSERT(sem != RT_NULL);//信号量对象的句柄是否存在
    RT_ASSERT(rt_object_get_type(&sem->parent.parent) == RT_Object_Class_Semaphore);//rt_object名字是否为信号量并返回对象类型
    RT_ASSERT(rt_object_is_systemobject(&sem->parent.parent));
    //判断对象是否为系统对象

    /* wakeup all suspend threads */
    rt_ipc_list_resume_all(&(sem->parent.suspend_thread));
    //唤醒挂起线程（为使用信号量排队的线程）,让他们返回失败（别等了，停车场关门了）

    /* detach semaphore object */
    rt_object_detach(&(sem->parent.parent));//信号量对象从内核对象管理器中脱离

    return RT_EOK;
}
RTM_EXPORT(rt_sem_detach);

3.创建和删除

创建
和初始化差别：没有已存在的信号量句柄，要自己创建，要自己给内存

rt_sem_t rt_sem_create(const char *name, rt_uint32_t value, rt_uint8_t flag)
{
   
    rt_sem_t sem;//定义信号量句柄

    RT_DEBUG_NOT_IN

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