在我前面的一篇博客（查看“Adam Taylor玩轉(zhuǎn)MicroZed系列40：MicroZed操作系統(tǒng)第二部分”）中，大家已經(jīng)見識(shí)了不同類型的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。我認(rèn)為我們應(yīng)該了解一下操作系統(tǒng)執(zhí)行的進(jìn)程之間是如何進(jìn)行通信的，它們是怎樣共享可用的硬件資源和潛在的陷阱（計(jì)算機(jī)異常的一個(gè)類別）。

當(dāng)兩個(gè)或者更多的進(jìn)程想要共享同一個(gè)資源——以Zynq SoC 的XADC組件為例——很多進(jìn)程很可能會(huì)在同一時(shí)間要求使用這個(gè)資源。資源的訪問使用需要被控制來阻止出現(xiàn)爭奪資源的現(xiàn)象，這是操作系統(tǒng)最重要的職責(zé)之一。如果不能正確有效的實(shí)現(xiàn)資源的管理，“死鎖”（deadlock）或者“饑餓”（starvation）現(xiàn)象可能會(huì)發(fā)生。

下面給出的是“死鎖”和“饑餓”的定義：
? 死鎖——當(dāng)一個(gè)進(jìn)程占有一個(gè)資源，直到這個(gè)進(jìn)程結(jié)束才會(huì)釋放這個(gè)資源，但是因?yàn)樗枰粋€(gè)被另一個(gè)的進(jìn)程占用的資源導(dǎo)致它不能被執(zhí)行完畢。如果第二個(gè)進(jìn)程需要調(diào)用第一個(gè)進(jìn)程占用的資源，那么系統(tǒng)就永遠(yuǎn)保持在死鎖狀態(tài)。死鎖現(xiàn)象是RTOS（實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)）自身的一個(gè)比較糟糕的情況。
? 饑餓——進(jìn)程不能夠運(yùn)行，因?yàn)檫@個(gè)進(jìn)程所需的資源總是被分配給另一個(gè)進(jìn)程，這個(gè)進(jìn)程就會(huì)因?yàn)槿狈Y源而被“餓死”，俗話說“巧婦難為無米之炊。”

正如你能夠想象到的，歷年來很多文章介紹和討論了關(guān)于死鎖和饑餓現(xiàn)象這個(gè)主題，涌現(xiàn)出了很多可行性的解決方案。例如：Dekker算法，這個(gè)算法是首先被認(rèn)為是解決互斥現(xiàn)象的正確方案。它是一個(gè)共享內(nèi)存的機(jī)制，不需要特定的“測試與設(shè)置”指令（但是僅限于管理兩個(gè)競爭的進(jìn)程），這都要?dú)w功于荷蘭數(shù)學(xué)家Theodorus Dekker。處理死鎖現(xiàn)象最普遍的方法是利用semaphores（信號(hào)量），主要有兩種形式：二進(jìn)制信號(hào)量和計(jì)數(shù)器信號(hào)量。二進(jìn)制信號(hào)量用于控制對(duì)一個(gè)資源的訪問，例如一個(gè)硬件資源。計(jì)數(shù)器信號(hào)量用于控制對(duì)一堆相同的可以內(nèi)部互換的資源的訪問，例如內(nèi)存的緩沖區(qū)。

通常情況下每個(gè)資源都會(huì)分配一個(gè)二進(jìn)制的信號(hào)量，調(diào)用這個(gè)資源的進(jìn)程將會(huì)等待，直到這個(gè)資源變成可利用的，進(jìn)程才會(huì)執(zhí)行，一旦這個(gè)進(jìn)程執(zhí)行完畢，它將會(huì)釋放這個(gè)資源。二進(jìn)制信號(hào)量通常使用WAIT和SIGNAL操作。進(jìn)程會(huì)根據(jù)一個(gè)信號(hào)量執(zhí)行WAIT操作，當(dāng)這個(gè)資源處于空閑狀態(tài)（可能是立即空閑或者不是） ，操作系統(tǒng)會(huì)把資源的控制權(quán)交給進(jìn)程。

當(dāng)進(jìn)程執(zhí)行完畢，會(huì)產(chǎn)生SIGNAL完成信號(hào)并且釋放資源。然而，當(dāng)進(jìn)程根據(jù)信號(hào)量等待時(shí)，如果資源是被占用的，操作系統(tǒng)會(huì)暫停進(jìn)程直到資源處于空閑狀態(tài)。這個(gè)執(zhí)行WAIT操作的進(jìn)程可能不得不一直等待，直到占用這個(gè)資源的正在執(zhí)行的進(jìn)程結(jié)束，或者這個(gè)等待可能會(huì)更長，如果這個(gè)資源已經(jīng)被更高優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程請(qǐng)求調(diào)用。

介紹進(jìn)程優(yōu)先級(jí)的概念會(huì)引出優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)這個(gè)問題。存在一個(gè)更加靈活的二進(jìn)制信號(hào)量的類被稱作“mutex’s”（單詞mutex是“mutual exclusion”的縮寫），這些類經(jīng)常會(huì)被現(xiàn)代操作系統(tǒng)使用，用來防止優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)。

計(jì)數(shù)器信號(hào)量的工作方式與二進(jìn)制信號(hào)量的工作方式相，當(dāng)不止一個(gè)資源師是可利用的時(shí)候它們會(huì)被調(diào)用，例如數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。隨著每個(gè)資源被分配給請(qǐng)求的進(jìn)程，計(jì)數(shù)器的值會(huì)減少來反映出剩余的空閑資源的數(shù)量。當(dāng)信號(hào)量計(jì)數(shù)器的值變?yōu)榱悖筒粫?huì)存在可利用的資源。當(dāng)計(jì)數(shù)器的值變?yōu)榱阋院笕魏握?qǐng)求一個(gè)或者更多資源的進(jìn)程都將會(huì)被暫停，直到所需數(shù)量的資源被釋放。

進(jìn)程之間需要經(jīng)常的進(jìn)行通信，又很多的方法來實(shí)現(xiàn)這個(gè)操作。最簡單的方法是使用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)是用上面描述的信號(hào)量進(jìn)行管理的，更復(fù)雜的通信方法包括消息隊(duì)列。

當(dāng)使用消息隊(duì)列時(shí)，一個(gè)進(jìn)程想要發(fā)送信息給另一個(gè)進(jìn)程要發(fā)布一個(gè)消息到這個(gè)隊(duì)列里面。當(dāng)一個(gè)進(jìn)程想要從隊(duì)列里接收消息，他就會(huì)依賴于這個(gè)隊(duì)列。因此消息隊(duì)列的工作方式像FIFO。然而在 ?C/OS-III操作系統(tǒng)會(huì)配置消息隊(duì)列以LIFO方式工作。消息隊(duì)列和它們所屬的組織可能很復(fù)雜，想要深入探討這個(gè)話題可能需要寫更多的博客。幸運(yùn)的是通過借助操作系統(tǒng)中預(yù)先寫入的程序，這些編程工具更加的容易使用，不用再去從頭創(chuàng)建。

已經(jīng)解釋了一點(diǎn)兒關(guān)于資源共享和進(jìn)程間通信的知識(shí)，我的下一篇博客將會(huì)介紹?C/OS-III OS的一個(gè)演示例子，并且在MicroZed上運(yùn)行起來。

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