operating-system - 使用抢占式内核时的信号量

Question

我知道什么是二进制信号量:它是一个标志，当中断的 ISR 将其设置为 1 时。

但是当我们使用抢占式内核(例如 FreeRTOS)时，信号量是什么？和二进制信号量一样吗？

Answer 1

it is a flag when is set to 1 by an ISR of an interrupt.

这既不是对信号量的完整也不准确的描述。您所描述的只是一个标志。信号量是一个同步对象；典型的 RTOS 提供三种形式:

• 二进制信号量
• 计数信号量
• 互斥信号量(Mutex)

对于二元信号量，有两个操作give和take。获取信号量的任务将阻塞(即暂停执行并允许其他较低或同等优先级的线程运行)，直到其他线程或中断处理程序提供信号量。二进制信号量用于在线程之间以及从 ISR 到线程之间发出信号。它们通常用于实现延迟中断处理程序，因此 ISR 可以非常短，并且处理程序受益于 ISR 中不允许的 RTOS 机制(任何阻止或挂起执行的内容)。

多个线程可能会阻塞在单个信号量上，但只有其中一个任务会响应该信号量。某些 RTOS 具有刷新操作(例如 VxWorks)，该操作将等待信号量的所有线程同时置于就绪状态 - 在这种情况下，它们将根据优先级调度运行方案。

计数信号量与二进制信号量类似，不同之处在于它可以多次给出，并且任务可以在计数为零之前无阻塞地获取信号量。

互斥体用于资源锁定。为此可以使用二进制信号量，但互斥体提供的功能使这更安全。互斥体上的操作是锁定和解锁。当一个线程锁定互斥锁，而另一个任务尝试锁定同一个互斥锁时，第二个(以及任何后续)任务将阻塞，直到第一个任务将其解锁。这可用于防止多个线程同时访问某一资源(内存或 I/O)。一个线程可以多次锁定互斥锁；维护一个计数，因此在释放锁之前必须解锁相同的次数。这允许线程嵌套锁。

互斥体的一个特殊功能是，如果具有锁的线程的优先级低于请求锁的任务的优先级，则较低优先级任务的优先级将提升到较高优先级的优先级，以防止优先级反转(其中优先级反转)。中等优先级任务可能会通过锁抢占低优先级任务，从而增加较高优先级任务必须等待的时间，这会导致调度不确定。

以上描述是典型；具体的 RTOS 实现可能有所不同。例如，FreeRTOS 区分互斥体和递归互斥体，后者支持嵌套功能；而第一个在不需要嵌套的情况下效率稍高。