rtt——线程同步 – 此乃刘同学-记录生活

线程同步的概念

在操作系统中完成一项任务，可能往往需要多个线程协同完
例如我们显示传感器检测的数据，需要两个线程，一个接收线程，接收传感器数据，并将数据写入共享内存中；另一个显示线程，从共享内存中读取数据并显示出来

如果共享内存不是排他性（一个访问时另外的线程不可以访问），可能引起数据一致性的问题，在显示线程读取的时候，接收线程还没有完全完成数据的存放，可能会导致数据显示的不完整性；
所以要求多个线程访问同一个共享空间时候必须是互斥的（同一时间只能一个访问），在当前线程对共享内存操作完成后，才允许下一个线程对该共享内存做处理

线程的同步，其实就是线程按照一定的先后顺序有序的执行
线程同步是指多个线程通过特定的机制（信号量、互斥量、事件对象、临界区）来控制线程执行的顺序 ，如果没有线程同步，那么线程之间将会无序的

多个线程访问同一块区域，这块区域就是临界区；线程互斥就是对临界区资源访问的排他性，即任何时刻只允许一个线程访问/使用，其他线程必须等待资源。
通过线程互斥实现了线程的有序，所以线程互斥也可以称为特殊的线程同步

线程的同步有很多种方式，其核心就是在访问临界区的时候只允许一个线程运行。

在内核中，也有很多关闭/进入临界区的方法（下面两个方法少用）：

关闭硬件中断：函数为rt_hw_interrput_disable,表示关闭中断，rt_hw_interrupt_enable()重新使能中断。线程的调度就是基于线程中断的，所以只要关闭中断，则无法进行线程调度；所以保证了对临界区访问的排他性
禁止调度器：rt_enter_critical()禁止调度器；rt_exit_critical()开启调度器

信号量介绍

信号量本质就是一个变量加一个队列；变量是代表可能资源、队列即等待资源的线程进行排队

信号量对象的定义：

/**
* Semaphore structure
*/
struct rt_semaphore
{
struct rt_ipc_object parent; /**< IPC变量，IPC为进程间通信 */

rt_uint16_t value; /**< 资源数量 */
rt_uint16_t reserved; /**< 保留，满足32位对齐 */
};
typedef struct rt_semaphore *rt_sem_t;

/**
* Base structure of IPC object
*/
struct rt_ipc_object
{
struct rt_object parent; /**< 已成内核对象*/

rt_list_t suspend_thread; /**< 队列，等待信号量的线程在此排队 */
};

信号量应用场景

线程与线程同步

线程同步是信号量最常见的一类应用。
使用信号量进行两个线程之间的同步，信号量的初始化为0，表示具备0个信号量资源示例；当线程尝试获取该资源的时候，将直接在这个信号量上等待
当持有信号量的线程完成它对共享资源的操作时候，释放这个信号量，那么信号量的数量递增；
然后把等待这个资源的线程唤醒，让他执行对应的操作，完成后再释放信号量，通知下一个线程

中断与线程同步

与线程与线程同步类似
我们将信号量初始化为0，当中断相应的时候，释放信号量；
当中断没有相应的时候，线程尝试获取资源的时候，因为这个信号量为0，则只能挂起等待信号量

资源计数

信号量可以作为一个递增或者递减的计数器；信号量是非负的值
资源计数适合用于线程间处理速度不匹配的场合；信号量可以作为一个线程的完成次数的计数器，当另一线程调用资源的时候，就可以知道上一线程的执行次数；实现一次调用可以处理多个信号量资源

信号量的工作机制

多个线程访问有限的共享资源受，为了保证访问的有序进行，我们可以使用信号量
当一线程要访问共享资源时，必须先获取信号量的值，如果信号量的值为非0，则线程可以访问共享资源，否则线程必须在信号量的队列上等待

RT-thread提供了多个信号量接口

创建信号量

创建信号量的方法有动态和静态方法

动态创建信号量

rt_sem_t rt_sem_create(const char *name, rt_uint32_t value, rt_uint8_t flag);

初始化的时候需要设置信号量标志，分别为RT_IPC_FLAG_FIFO、RT_IPC_FLAG_PRIO；
RT_IPC_FLAG_FIFO为线程在队列中按照先进先出的方式排队、RT_IPC_FLAG_PRIO为线程在队列中按照优先级排序
建议使用RT_IPC_FLAG_PRIO优先级的方式，这样才能保证实时性

静态初始化信号量

rt_err_t rt_sem_init(rt_sem_t    sem,
                     const char *name,
                     rt_uint32_t value,
                     rt_uint8_t  flag);

获取信号量

rt_err_t rt_sem_take(rt_sem_t sem, rt_int32_t time);
rt_err_t rt_sem_trytake(rt_sem_t sem);

rt_sem_trytake即为将rt_sem_take的等待事件设置为0

rt_err_t rt_sem_trytake(rt_sem_t sem)
{
    return rt_sem_take(sem, 0);
}

rt_sem_take调用时候，先判断当前信号量是否大于0，如果大于0则表示信号量获取成功；否则，信号量不可用，此线程根据函数的time参数决定是否等待，以及等待时长

time=0时，线程不等待，在RT-thread中宏定义RT_WAITING_NO与0同意
time>0时，线程等待time时间
time<0时，线程永久等待，直到信号量可用，可以使用RT_WAITING_FOREVER代替

释放信号量

rt_err_t rt_sem_release(rt_sem_t sem);

使用这个函数释放信号量的时候，如果在信号量队列中有线程在排队，则唤醒等待的第一个线程；否则将信号量的值加1

删除信号量

rt_err_t rt_sem_detach(rt_sem_t sem);
rt_err_t rt_sem_delete(rt_sem_t sem);