信号量
更新时间：2019-01-25 14:10:45
概述
对于多任务，甚至多核的操作系统，需要访问共同的系统资源。共享资源包括软件资源和硬件资源，软件共享资源主要在于共享内存，包括共享变量、共享队列等等，硬件共享资源包括一些硬件设备的访问，例如：输入\输出设备，打印机等。为了避免软件访问共享资源的读写发生的相互影响甚至冲突，一般在保护共享资源时，有下列几种处理方式：开关中断、信号量（semphore）、互斥量（mutex）。
开关中断：一般用于单核内多任务之间的互斥，其途径在于关闭任务的调度切换，从而达到单任务访问共享资源的目的。缺点是会影响实际的中断调度效率；
信号量：多任务可以通过获取信号量来获取访问共享资源的“门禁”，可以配置信号量数目，让多个任务同时获取“门禁”，当信号量无法获取时，相关任务会按照优先级排序等待信号量释放，并让出cpu资源；缺点是存在高低任务优先级反转的问题，见后续本节描述；
互斥量：任务也是通过获取mutex来获取访问共享资源的门禁，但是单此只有一个任务能获取到该互斥量。互斥量通过动态调整任务的优先级来解决高低优先级反转的问题。具体见下一章节。
本章节介绍信号量semphore。
API 列表
| AOS API | 说明 |
|---|---|
| aos_sem_new() | 动态创建信号量 |
| aos_sem_free() | 删除信号量 |
| aos_sem_wait() | 信号量获得 |
| aos_sem_signal() | 释放一个sem信号量 |
| aos_sem_is_valid() | 判断信号量是否有效 |
| aos_sem_signal_all() | 释放一个sem信号量，并唤醒所有阻塞任务 |
API 详情
aos_sem_new()
定义描述
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函数原型
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int aos_sem_new(aos_sem_t *sem, int count)
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描述
|
动态创建一个sem信号量
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入参
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sem：信号量结构体指针；需要用户定义一个sem结构体
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count：此sem的初始计数值，此值大于0，才能获取到信号量，获取一次，count计数减1；
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|
|
返回值
|
类型：int 返回成功或失败；返回0表示timer创建成功，非0表示失败。
|
aos_sem_free()
定义描述
| 函数原型 | void aos_sem_free(aos_sem_t *sem) |
|---|---|
| 描述 | 删除信号量 |
| 入参 | sem：信号量结构体指针 |
| 返回值 | 无 |
aos_sem_signal()
定义描述
| 函数原型 | void aos_sem_signal(aos_sem_t *sem) |
|---|---|
| 描述 | 释放一个sem信号量，并唤醒一个高优先级阻塞任务 |
| 入参 | sem：信号量结构体指针 |
| 返回值 | 无 |
aos_sem_signal_all()
定义描述
| 函数原型 | void aos_sem_signal(aos_sem_t *sem) |
|---|---|
| 描述 | 释放一个sem信号量，并唤醒所有阻塞任务 |
| 入参 | sem：信号量结构体指针 |
| 返回值 | 无 |
aos_sem_wait()
定义描述
|
函数原型
|
int aos_sem_wait(aos_sem_t *sem, unsigned int timeout)
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描述
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获取一个sem信号量；获取不到信号量，当前任务阻塞
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入参
|
sem：信号量结构体指针
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Timeout：传入0表示不超时，立即返回；AOS_WAIT_FOREVER表示永久等待；
其他数值表示超时时间，单位ms
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返回值
|
类型：int 返回成功或失败；返回0表示信号量创建成功，非0表示失败（包括超时返回RHINO_BLK_TIMEOUT）
|
aos_sem_is_valid()
定义描述
| 函数原型 | int aos_sem_is_valid(aos_sem_t *sem) |
|---|---|
| 描述 | 判断一个信号量sem是否有效 |
| 入参 | sem：信号量结构体指针 |
| 返回值 | 类型：int 返回1表示有效，0表示无效 |
调用示例
当前任务创建一个信号量和子任务，并等待子任务释放信号量
static aos_sem_t g_sem_taskexit_sync;
unsigned int stack_size = 1024;
int ret = -1;
....
static void task1(void *arg)
{
....
/*释放信号量*/
aos_sem_signal(&g_sem_taskexit_sync);
....
}
/*当前任务：创建信号量，信号量初始count为0*/
ret = aos_sem_new(&g_sem_taskexit_sync, 0);
if (ret != 0) {
printf("sem create failed\r\n");
...
}
....
/*判断信号量是否可用*/
ret = aos_sem_is_valid(&g_sem_taskexit_sync);
if (ret == 0) {
printf("sem is invalid\r\n");
...
}
/*创建新任务task1*/
ret = aos_task_new("task1", task1, NULL, stack_size);
if (ret != 0) {
printf("timer create failed\r\n");
...
}
....
/*获取信号量，由于初始值为0，这里获取不到信号量，当前任务进入睡眠并发生切换
参数 -1 表示AOS_WAIT_FOREVER，直到task1任务释放信号量*/
aos_sem_wait(&g_sem_taskexit_sync, -1);
/*获取到信号量，当前任务继续执行下去*/
printf("task1 exit!\r\n");
....
/*删除信号量*/
aos_sem_free(&g_sem_taskexit_sync);
使用注意事项
1）在中断中禁止信号量获取检测
信号量的获取接口在中断上下文调用很容易发生死锁问题。当被打断的上下文和打断的中断上下文要获取同一个信号量时，会发生互相等待的情况。有些内核将这种判断处理交由上层软件进行判断和使用，本内核会在take信号量检测，如果是中断上下文，则直接返回失败。
2） 占用信号量非等待、永远等待、延时使用区别
上层应用在获取信号量时，需要按照实际的需求，来安排信号量获取策略。krhino_sem_take传入延时ticks为0，获取不到信号量会立即报失败；ticks为全F时，会永远在此等待，直到获取到信号量，可能会造成该任务无法继续运行；其他值标识最大延迟的时间上限，达到上限时，及时未获取到信号量，tick中断处理会将任务唤醒，并返回状态为超时。
3） 信号量优先级反转问题
优先级反转出现在高、中、低三个优先级任务同时访问使用信号量互斥资源时，可能存在的问题。当高优先级的任务需要的信号量被低优先级任务占用时，cpu资源会调度给低优先级任务。此时如果低优先级需要获取的另一个信号量被中优先级的pend任务所占用，那么低优先级的任务则需要等待中优先级的任务事件到来，并释放信号量，则就出现了高、中优先级的任务并不是等待一个信号量，但是中优先级任务先运行的现象。
该优先级反转的缺陷，在互斥量mutex得以解决，其途径在于动态提高C任务运行优先级来避免任务优先级的反转问题，详细内容见下一章节。
4 ) 信号量整体受位于k_config.h 中的宏 RHINO_CONFIG_KOBJ_DYN_ALLOC和 RHINO_CONFIG_SEM开关控制。