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• 系列教程總目錄
• 概述
• 4.1 同步與互斥的概念
• 4.2 同步與互斥并不簡單
• 4.3 各類方法的對比

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系列教程總目錄

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概述

本章是概述性的內容。可以把多任務系統當做一個團隊，里面的每一個任務就相當于團隊里的一個人。團隊成員之間要協調工作進度(同步)、爭用會議室(互斥)、溝通(通信)。多任務系統中所涉及的概念，都可以在現實生活中找到例子。

各類RTOS都會涉及這些概念：任務通知(task notification)、隊列(queue)、事件組(event group)、信號量(semaphoe)、互斥量(mutex)等。我們先站在更高角度來講解這些概念。

4.1 同步與互斥的概念

一句話理解同步與互斥：我等你用完廁所，我再用廁所。

• 什么叫同步？就是：哎哎哎，我正在用廁所，你等會。
• 什么叫互斥？就是：哎哎哎，我正在用廁所，你不能進來。

同步與互斥經常放在一起講，是因為它們之的關系很大，“互斥”操作可以使用“同步”來實現。我“等”你用完廁所，我再用廁所。這不就是用“同步”來實現“互斥”嗎？

再舉一個例子。在團隊活動里，同事A先寫完報表，經理B才能拿去向領導匯報。經理B必須等同事A完成報表，AB之間有依賴，B必須放慢腳步，被稱為同步。在團隊活動中，同事A已經使用會議室了，經理B也想使用，即使經理B是領導，他也得等著，這就叫互斥。經理B跟同事A說：你用完會議室就提醒我。這就是使用"同步"來實現"互斥"。

有時候看代碼更容易理解，偽代碼如下：

01 void  搶廁所(void)
02 {
03    if (有人在用) 我瞇一會;
04    用廁所;
05    喂，醒醒，有人要用廁所嗎;
06 }

假設有A、B兩人早起搶廁所，A先行一步占用了；B慢了一步，于是就瞇一會；當A用完后叫醒B，B也就愉快地上廁所了。
在這個過程中，A、B是互斥地訪問“廁所”，“廁所”被稱之為臨界資源。我們使用了“休眠-喚醒”的同步機制實現了“臨界資源”的“互斥訪問”。

同一時間只能有一個人使用的資源，被稱為臨界資源。比如任務A、B都要使用串口來打印，串口就是臨界資源。如果A、B同時使用串口，那么打印出來的信息就是A、B混雜，無法分辨。所以使用串口時，應該是這樣：A用完，B再用；B用完，A再用。

4.2 同步與互斥并不簡單

4.3 各類方法的對比

能實現同步、互斥的內核方法有：任務通知(task notification)、隊列(queue)、事件組(event group)、信號量(semaphoe)、互斥量(mutex)。

它們都有類似的操作方法：獲取/釋放、阻塞/喚醒、超時。比如：

• A獲取資源，用完后A釋放資源
• A獲取不到資源則阻塞，B釋放資源并把A喚醒
• A獲取不到資源則阻塞，并定個鬧鐘；A要么超時返回，要么在這段時間內因為B釋放資源而被喚醒。

這些內核對象五花八門，記不住怎么辦？我也記不住，通過對比的方法來區分它們。

• 能否傳信息？只能傳遞狀態？
• 為眾生？只為你？
• 我生產，你們消費？
• 我上鎖，只能由我開鎖

使用圖形對比如下：

• 隊列：
  • 里面可以放任意數據，可以放多個數據
  • 任務、ISR都可以放入數據；任務、ISR都可以從中讀出數據
• 事件組：
  • 一個事件用一bit表示，1表示事件發生了，0表示事件沒發生
  • 可以用來表示事件、事件的組合發生了，不能傳遞數據
  • 有廣播效果：事件或事件的組合發生了，等待它的多個任務都會被喚醒
• 信號量：
  • 核心是"計數值"
  • 任務、ISR釋放信號量時讓計數值加1
  • 任務、ISR獲得信號量時，讓計數值減1
• 任務通知：
  • 核心是任務的TCB里的數值
  • 會被覆蓋
  • 發通知給誰？必須指定接收任務
  • 只能由接收任務本身獲取該通知
• 互斥量：
  • 數值只有0或1
  • 誰獲得互斥量，就必須由誰釋放同一個互斥量