RTOS的线程间通信和资源共享

版本 ：CMSIS-RTOS V1
参考 ：Inter-Thread Communication and Resource Sharing

什么是线程间通信？

线程间通信(ITC, Inter-Thread Communication)，在并行的多个线程之间交换数据的方式。

由于线程是相互独立运行的，不像线程内可以直接访问线程自己的临时变量；而访问全局变量会引入许多同步或竞争问题。

因此操作系统为我们提供了ITC来进行安全的进程间通信。

什么是资源共享？

资源共享(Resource Sharing)，用来解决多个进程间共享计算机资源所引发的问题。

计算机系统的资源包括内存、I/O（如串口、DMA）、CPU时间等。

多个进程相互独立地并行执行，访问共享资源，但某些资源是有限的，甚至是独占的，因此就需要控制对共享资源的访问。

CMSIS-RTOS V1 支持的6种ITC及对比

1. Signal Event

在无ITC的情况下，各个进程是异步的（并不需要其他进程执行到哪里了）。

而有些进程执行到特定的地方时，需要满足一定的条件/先后顺序才能继续运行，当这个条件是由进程外部决定的，就需要进行同步。

在这里，同步就是使进程等待一个或多个特定的事件，这些事件可以由其他进程产生，也可以由中断ISR产生。

2. Message Queue

在FreeRTOS中，Queue（队列）都是FIFO（先入先出）结构。

Message Queue使进程间可以安全地进行小数据量的通信，每一个元素都可以是 整型量 或者是 指针 。

3. Mail Queue

Mail Queue 和 Message Queue 很相似，只是队列的元素内存块组成（需要分配和释放）。

Mail Queue 使用 Memory Pool 创建格式化内存块，并在消息队列中传递指向这些块的指针。

这是 Mail 相对于仅能传输32bit值或指针的 Message 的优势。

4. Memory Pool

内存池是固定大小的内存块，是 线程安全 的。

它们的运行速度比动态分配的堆快得多，而且 不会出现碎片 。

由于是线程安全的，因此可以从 线程 或 ISR 访问它们。

5. Mutexes

Mutual exclusion (通常称为 Mutexes）在各种操作系统中用于资源管理。

微控制器设备中的许多资源可以被重复使用，但一次只能被一个线程使用(例如串口、内存和文件)。

Mutexes互斥锁用于保护对共享资源的访问。

互斥锁可以理解为是一种二值信号量。

6. Semaphores

Semaphores 用于管理和保护对共享资源的访问。

Semaphores 与 Mutexes 非常相似。

Mutex 每次只允许 一个 线程访问共享资源，而 Semaphores 可以用来允许固定数量的线程访问共享资源。

使用信号量，可以管理对一组相同外设的访问(例如多个DMA通道)。