為了好的理解互斥量、臨界區(qū)、信號(hào)量、事件標(biāo)志組和消息郵箱，下面一些知識(shí)對(duì)初學(xué)者來說很重要：
為了實(shí)現(xiàn)各任務(wù)之間的合作和無沖突的運(yùn)行，在有關(guān)聯(lián)的任務(wù)之間必須建立一些制約關(guān)系。這些制約關(guān)系主要有兩種：直接制約關(guān)系和間接制約關(guān)系。
直接制約關(guān)系源于任務(wù)之間的合作。例如，有兩個(gè)任務(wù)：任務(wù)1和任務(wù)2，它們需要通過訪問同一個(gè)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)合作完成一項(xiàng)工作，任務(wù)1負(fù)責(zé)向緩沖區(qū)寫入數(shù)據(jù)，任務(wù)2負(fù)責(zé)從緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)。顯然任務(wù)1還未向緩沖區(qū)寫入數(shù)據(jù)時(shí)（緩沖區(qū)為空），任務(wù)2因不能從緩沖區(qū)得到有效數(shù)據(jù)而應(yīng)處于等待狀態(tài)；只有等任務(wù)1向緩沖區(qū)寫入了數(shù)據(jù)之后，才應(yīng)該通知任務(wù)2去讀取數(shù)據(jù)。相反，當(dāng)緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)還未被任務(wù)2讀取時(shí)（緩沖區(qū)為滿時(shí)），任務(wù)1就不能向緩沖區(qū)寫入新的數(shù)據(jù)而應(yīng)處于等待狀態(tài)；只有等到任務(wù)2自緩沖區(qū)中讀取數(shù)據(jù)后，才應(yīng)該通知任務(wù)1去寫入數(shù)據(jù)。顯然，如果這兩個(gè)任務(wù)不能如此協(xié)調(diào)工作，將勢(shì)必造成嚴(yán)重的后果。
間接制約關(guān)系源于對(duì)資源的共享。例如，任務(wù)1和任務(wù)2共享一臺(tái)打印機(jī)，如果系統(tǒng)已經(jīng)把打印機(jī)分配給了任務(wù)1，則任務(wù)2因不能獲得打印機(jī)的使用權(quán)而應(yīng)處于等待狀態(tài)；只有當(dāng)任務(wù)1把打印機(jī)釋放后，系統(tǒng)才能喚醒任務(wù)2使其獲得打印機(jī)的使用權(quán)。如果這兩個(gè)任務(wù)不這樣做，也會(huì)造成極大的混亂。
由上可知，在多任務(wù)合作工作的過程中，操作系統(tǒng)應(yīng)解決兩個(gè)問題：一是各任務(wù)間應(yīng)具有一種互斥關(guān)系，即對(duì)于某個(gè)共享資源，如果一個(gè)任務(wù)正在使用，則其他任務(wù)只能等待，等到該任務(wù)釋放該資源后，等待的任務(wù)之一才能使用它；二是相關(guān)的任務(wù)在執(zhí)行上要有先后次序，一個(gè)任務(wù)要等其伙伴發(fā)來通知，或建立了某個(gè)條件后才能繼續(xù)執(zhí)行，否則只能等到。
任務(wù)之間的這種制約性的合作運(yùn)行機(jī)制叫做任務(wù)間的同步（注意阿，是同步，不是同時(shí)?。。?/font>
1 互斥量（mutex）
1.1 互斥量的定義
互斥量是一種公共資源，在指定時(shí)刻，它只能被一個(gè)線程占有（也就是所有權(quán)特性），而且占有它的線程可以反復(fù)申請(qǐng)這個(gè)互斥量。
1.2 使用互斥量的目的：適合用來控制線程對(duì)某些特定資源（比如，臨界區(qū)和共享資源）
① 保護(hù)臨界區(qū)（Critical Section）：臨界區(qū)是一段代碼，在執(zhí)行時(shí)不能被其他線程打斷，如果要保護(hù)它，用互斥量可以實(shí)現(xiàn)。舉例如下：
status=tx_mutex_get(&my_mutex，TX_WAIT_FOREVER);//申請(qǐng)互斥量
if(status!=TX_SUCCESS) break;//判斷是否申請(qǐng)成功
tx_thread_slepp(5);//睡眠5個(gè)時(shí)鐘節(jié)拍
status=tx_mutex_put(&my_mutex);//釋放互斥量
以上代碼就是臨界區(qū)。
② 提供對(duì)共享資源的互斥訪問：如果線程想對(duì)資源進(jìn)行獨(dú)占訪問，就必須為每個(gè)資源提供對(duì)應(yīng)的互斥量。而在訪問資源之前必須為之申請(qǐng)到互斥量，用完之后要把互斥量釋放掉，以便其他線程可以使用它來訪問資源。
1.3 使用互斥量需要注意的問題
使用互斥量可能會(huì)帶來死鎖的問題和優(yōu)先級(jí)倒置（反轉(zhuǎn)）的問題。
⑴死鎖的問題，比如：進(jìn)程A要調(diào)用M資源,而M資源此刻卻被進(jìn)程B占用,且進(jìn)程B要調(diào)用N資源而N資源此刻被A占用,兩進(jìn)程均向CPU發(fā)出資源申請(qǐng),而不釋放自己占用的資源,所以兩進(jìn)程均處于暫停狀態(tài)，這時(shí)死鎖問題。
如何避免死鎖問題呢？有其中一種方法就是：強(qiáng)制每個(gè)進(jìn)程在同一時(shí)刻只能占有一個(gè)互斥量，如果一定要只有多個(gè)互斥量，可以要求線程必須按相同的順序來申請(qǐng)互斥量，如：如果線程先得到互斥量1，然后才是互斥量2。
如果線程進(jìn)入了死鎖狀態(tài)，怎樣從中恢復(fù)呢？有下面兩種方法：
① 在調(diào)用tx_mutex_get()函數(shù)申請(qǐng)互斥量時(shí)，使用超時(shí)屬性。
② 使用tx_thread_wait_abort()中止陷入死鎖的線程的掛起狀態(tài)。
⑵優(yōu)先級(jí)倒置（反轉(zhuǎn)）的問題，比如：一個(gè)低優(yōu)先級(jí)的線程3某一時(shí)刻已經(jīng)占有互斥量，而此時(shí)一個(gè)高優(yōu)先級(jí)線程1申請(qǐng)此互斥量，此時(shí)級(jí)線程1就只能等待，這時(shí)如果有一個(gè)中優(yōu)先級(jí)線程2已經(jīng)就緒，那線程2就會(huì)中斷線程3，從而就會(huì)出現(xiàn)線程2先于線程1而執(zhí)行，這種現(xiàn)象就是優(yōu)先級(jí)倒置問題。
如何避免優(yōu)先級(jí)倒置？可以讓線程3申請(qǐng)的互斥量使用優(yōu)先級(jí)繼承的選項(xiàng)來解決這個(gè)問題。而優(yōu)先級(jí)繼承就是：當(dāng)出現(xiàn)這種情況（一個(gè)低優(yōu)先級(jí)的線程3某一時(shí)刻已經(jīng)占有互斥量，而此時(shí)一個(gè)高優(yōu)先級(jí)線程1申請(qǐng)此互斥量，此時(shí)級(jí)線程1就只能等待）時(shí)，低優(yōu)先級(jí)線程3就繼承高優(yōu)先級(jí)線程的優(yōu)先級(jí)，直到線程3釋放互斥量后才恢復(fù)其優(yōu)先級(jí)，這樣就可以避免優(yōu)先級(jí)倒置的問題。
1.4 互斥量的一大特性：所有權(quán)特性。
2 臨界區(qū)（Critical Section）
1.1臨界區(qū)的定義
通過對(duì)多線程的串行化來訪問公共資源或一段代碼，速度快，適合控制數(shù)據(jù)
訪問。
1.2 使用臨界區(qū)的目的
同步同進(jìn)程中的線程，保證在某一時(shí)刻只有一個(gè)線程能訪問數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)便方法
，在任意時(shí)刻只允許一個(gè)線程對(duì)共享資源進(jìn)行訪問。如果有多個(gè)線程試圖同時(shí)訪問臨界區(qū)，那么在有一個(gè)進(jìn)程進(jìn)入后期他所有試圖訪問此臨界區(qū)的線程將被掛起，并一直等到已經(jīng)進(jìn)入此臨界區(qū)的線程離開。
1.3 互斥量和臨界區(qū)同步線程的區(qū)別
雖然臨界區(qū)同步速度很快，但卻只能用來同步本進(jìn)程內(nèi)的線程，而不可用來同步多個(gè)進(jìn)程中的線程。而互斥量比臨界區(qū)復(fù)雜。因?yàn)槭褂没コ獠粌H僅能夠在同一應(yīng)用程序不同線程中實(shí)現(xiàn)資源的安全共享，而且可以在不同應(yīng)用程序的線程之間實(shí)現(xiàn)對(duì)資源的安全共享。
3 信號(hào)量（semaphore）
3.1 信號(hào)量的定義
每個(gè)信號(hào)量都是公共資源，其值是一個(gè)32位計(jì)數(shù)。信號(hào)量的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為一個(gè)值和一個(gè)指針，指針指向等待該信號(hào)量的下一個(gè)進(jìn)程。
信號(hào)量的值與相應(yīng)資源的使用情況有關(guān)。當(dāng)它的值大于0時(shí)，表示當(dāng)前可用資源的數(shù)量；當(dāng)它的值小于0時(shí)，其絕對(duì)值表示等待使用該資源的進(jìn)程個(gè)數(shù)。注意，信號(hào)量的值僅能由PV操作來改變。
實(shí)現(xiàn)的P，V操作算法描述：
P操作：while s>0
s=s-1
V操作：s=s+1
P表示申請(qǐng)一個(gè)資源，如果條件滿足（即右可以分配的資源），則把資源分配給提出申請(qǐng)的進(jìn)程，并且時(shí)資源數(shù)目s減1。V表示資源使用哪完畢之后，要把占有的資源釋放，并且資源數(shù)目s加1 。
3.2 使用信號(hào)的場(chǎng)合
⑴ 互斥訪問，和互斥量類似，兩者的區(qū)要區(qū)別是：信號(hào)量不支持所有權(quán)，而所有權(quán)是互斥量的核心。當(dāng)信號(hào)量提供互斥訪問時(shí)，信號(hào)量的值代表它允許多少個(gè)線程同時(shí)訪問與之相聯(lián)系的資源。大多數(shù)情況下，提供互斥量的信號(hào)量的初值為1，這意味著在任何時(shí)刻只有一個(gè)線程可以訪問相關(guān)資源，其值只可能為1或0的信號(hào)量一般稱為二進(jìn)制信號(hào)量。
使用二進(jìn)制信號(hào)量時(shí)，使用者必須避免已經(jīng)控制了信號(hào)量的線程再次調(diào)用tx_semaphore_get()來向信號(hào)量申請(qǐng)一個(gè)實(shí)例，如果調(diào)用了此項(xiàng)服務(wù)，這此調(diào)用失敗，并將永久性掛起該線程，同時(shí)令資源永遠(yuǎn)不可用。
⑵ 事件通知：比如可以在生產(chǎn)者—消費(fèi)者模式的程序中提供事件通知。在這種程序中，消費(fèi)者在消費(fèi)資源（例如隊(duì)列中的數(shù)據(jù)）前試圖獲取信號(hào)量，生產(chǎn)者一旦生產(chǎn)了資源就增加信號(hào)量的值，也就可以理解為生產(chǎn)者把實(shí)例交給了信號(hào)量，而消費(fèi)者把實(shí)例從信號(hào)量中拿走了。這類信號(hào)量通常初值為0，其值直到生產(chǎn)者生產(chǎn)了資源才會(huì)增加。
上面這個(gè)例子說明了：生產(chǎn)者與消費(fèi)者通過信號(hào)量通信，生產(chǎn)者通過向信號(hào)量放入實(shí)例產(chǎn)生事件通知（通過信號(hào)量的值變化來產(chǎn)生事件通知的作用），而消費(fèi)者通過申請(qǐng)信號(hào)量實(shí)例來等待事件通知。
⑶ 線程同步：除了使用臨界區(qū)與互斥量可以完成線程間的同步外，還可以使用信號(hào)量，其信號(hào)允許多個(gè)線程同時(shí)使用共享資源，它指出了同時(shí)訪問共享資源的線程最大數(shù)目。在信號(hào)量?jī)?nèi)部有一個(gè)計(jì)數(shù)器，當(dāng)有線程訪問共享資源時(shí)，計(jì)數(shù)器將自動(dòng)遞減，當(dāng)它為0時(shí)，不再允許其他線程對(duì)共享資的訪問，直到有一個(gè)線程釋放共享資源，從而完成對(duì)共享資源的保護(hù)。
多個(gè)線程競(jìng)爭(zhēng)n個(gè)資源(n>0)，比如有4個(gè)資源，那么就初始化量為4，每當(dāng)線程各自請(qǐng)求信號(hào)量的時(shí)候，如果信號(hào)量為0，則表示沒有可用的資源，請(qǐng)求的線程要等它其他占用者釋放信號(hào)量，如果信號(hào)量大于0，則線程的請(qǐng)求被允許，信號(hào)量被遞減，然后線程可以按約定訪問資源，當(dāng)線程使用資源完畢，應(yīng)該釋放信號(hào)量，以便其他線程需要時(shí)使用
3.3 互斥量和信號(hào)量的區(qū)別
如果互斥對(duì)程序很關(guān)鍵，那么就該使用互斥量；如果互斥不是程序中的主要因素，那么就使用信號(hào)量，因?yàn)樗然コ饬可钥?，使用系統(tǒng)資源比較少。
3.4 信號(hào)量的事件通知和線程同步的區(qū)別
信號(hào)量的事件通知是用于兩個(gè)線程之間（比如生產(chǎn)者—消費(fèi)者問題），而信號(hào)量的線程同步時(shí)用于多線程之間（比如一個(gè)可以多人打電話的電話亭問題）。
4 事件標(biāo)志組
4.1 事件標(biāo)志組的理解
事件標(biāo)志可以被任何線程置位和復(fù)位，也可以被任何程序查看，線程可以因?yàn)榈却唤M事件標(biāo)志被置位而掛起。每個(gè)事件標(biāo)志由一個(gè)位代表，每32個(gè)事件標(biāo)志被安排在一組。
將事件標(biāo)志置位或復(fù)位是通過把當(dāng)前事件標(biāo)志組和新的標(biāo)志組進(jìn)行邏輯“與”或“邏輯或”；為了得到事件標(biāo)志，也要做類似的邏輯操作。一旦事件標(biāo)志組中有標(biāo)志被置位，系統(tǒng)就會(huì)檢查相應(yīng)組的掛起隊(duì)列，如果能滿足掛起線程，則該線程就被恢復(fù)。
4.2 事件標(biāo)志組的使用場(chǎng)合
應(yīng)為一個(gè)事件標(biāo)志組中包括32個(gè)1位的標(biāo)志，可以有非常多的組合方式，所有它比較適合于同步很多線程的場(chǎng)合。
5 消息隊(duì)列
5.1 如何理解消息隊(duì)列
首先它是一種隊(duì)列，所以它是一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，但它又是“消息隊(duì)列”
，所以它是一種可以傳遞多個(gè)消息（消息也就是數(shù)據(jù)，實(shí)際上傳遞得是消息的指針）的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
5.2 消息隊(duì)列的使用
如果線程與線程之間要傳遞很多消息（數(shù)據(jù)），那么為了適應(yīng)不同數(shù)據(jù)的需要，最好是在存儲(chǔ)器中建立多個(gè)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，把要傳遞的數(shù)據(jù)放在緩沖區(qū)中，其中在消息隊(duì)列中分別存放消息的緩沖區(qū)的地址，這樣就可實(shí)現(xiàn)線程間的數(shù)據(jù)通信。適合于線程間傳遞很多數(shù)據(jù)的場(chǎng)合
5.3 消息隊(duì)列的線程間通信和信號(hào)量的線程同步的區(qū)別
消息隊(duì)列的線程間通信是用于傳遞數(shù)據(jù)，而信號(hào)量的線程同步側(cè)重的是信號(hào)量的指示作用。
互斥量和二進(jìn)制信號(hào)量的一個(gè)應(yīng)用：
一個(gè)一次只允許一個(gè)用戶使用的電話亭，為了防止用戶發(fā)生沖突，電話亭的門上就應(yīng)該有這樣一個(gè)標(biāo)志，并用它來表示電話亭的被只有情況。例如，用一個(gè)可以變換兩種顏色的牌子，用紅色表示“有人”，用綠色表示“沒人”。這樣，人們見到牌子上的顏色是綠色時(shí)（線程通過查詢知道信號(hào)量的值為1），就可以進(jìn)去打電話（表示一個(gè)進(jìn)程可以占用此資源（電話亭））；如果是紅色，那么就只好等待；如果又陸續(xù)來了很多人，那么就排隊(duì)等待。其中，電話亭上的這個(gè)牌子就是信號(hào)量或互斥量。
信號(hào)量同步線程的一個(gè)例子：
一個(gè)電話亭可以允許多人（線程）打電話，電話亭門上的計(jì)數(shù)器在每進(jìn)入一個(gè)人時(shí)自動(dòng)減1，而每出去一個(gè)人時(shí)會(huì)自動(dòng)加1。計(jì)數(shù)器上的初值就是電話亭的最多能容納打電話的人數(shù)，那么來人只要見到計(jì)數(shù)器的值大于0，就可以進(jìn)去打電話；否則只能等待。其中這個(gè)計(jì)數(shù)器就是用于同步線程的信號(hào)量。
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