Question

我们正在使用位于VxWorks 5.5顶层的专有嵌入式平台进行编程。在我们的工具箱中，我们有一个条件变量，它是使用VxWorks二进制信号量实现的。

现在，POSIX提供了一个等待函数，它也需要一个互斥量。这将解锁互斥锁（以便某些其他任务可能写入数据）并等待另一个任务发出信号（完成写入数据）。我相信这实现了所谓的监视器，ICBWT。

我们需要这样的等待功能，但实现它很棘手。一个简单的方法就是这样做：

bool condition::wait_for(mutex& mutex) const {
    unlocker ul(mutex);    // relinquish mutex
    return wait(event);
}                          // ul's dtor grabs mutex again

然而，这是一种竞争条件，因为它允许另一项任务在解锁之后和等待之前抢占这一项。另一个任务可以写入解锁后的日期，并在此任务开始等待信号量之前发出信号。（我们对此进行了测试，确实发生了这种情况并永远阻止了等待任务。）

鉴于VxWorks 5.5似乎没有提供API来等待信号暂时放弃信号量，有没有办法在提供的同步例程之上实现它？

注意： 这是一个非常古老的VxWorks版本 已编译 没有POSIX支持（由专有硬件的供应商提供，根据我的理解）。

Answer 1

对于本机vxworks，这应该非常简单，这里需要一个消息队列。您的wait_for方法可以按原样使用。

bool condition::wait_for(mutex& mutex) const 
{
    unlocker ul(mutex);    // relinquish mutex
    return wait(event);
}                          // ul's dtor grabs mutex again

但是wait（event）代码看起来像这样：

wait(event)
{
    if (msgQRecv(event->q, sigMsgBuf, sigMsgSize, timeoutTime) == OK)
    {
        // got it...
    }
    else
    {
        // timeout, report error or something like that....
    }
}

你的信号代码会是这样的：

signal(event)
{
    msgQSend(event->q, sigMsg, sigMsgSize, NO_WAIT, MSG_PRI_NORMAL);
}

因此，如果在开始等待之前触发了信号，那么msgQRecv将在最终被调用时立即返回信号，然后您可以再次在uldtor中使用互斥锁，如上所述。

事件 - ＆gt; q是在事件创建时创建的MSG_Q_ID，调用msgQCreate，sigMsg中的数据由您定义...但可以只是一个随机的数据字节，或者您可以提出一个更智能的结构，其中包含有关谁发信号或其他可能不太知道的信息。

多个服务员的更新，这有点棘手：所以我会做一些假设来简化事情

将在事件创建时知道待处理的任务数，并且该任务数是常量。
总会有一个任务总是负责指示何时可以解锁互斥锁，所有其他任务只需要在事件发出信号/完成时通知。

这种方法使用计数信号量，类似于上面的只有一点额外的逻辑：

wait(event)
{
    if (semTake(event->csm, timeoutTime) == OK)
    {
        // got it...
    }
    else
    {
        // timeout, report error or something like that....
    }
}

你的信号代码会是这样的：

signal(event)
{
    for (int x = 0; x < event->numberOfWaiters; x++)
    {
        semGive(event->csm);
    }
}

事件的创建是这样的，记住在这个例子中，服务员的数量是不变的，并且在事件创建时是已知的。你可以让它变得动态，但关键是每次事件发生时，numberOfWaiters必须在解锁器解锁互斥锁之前是正确的。

createEvent(numberOfWaiters)
{
    event->numberOfWaiters = numberOfWaiters;
    event->csv = semCCreate(SEM_Q_FIFO, 0);
    return event;
}

你不能对numberOfWaiters表示不满：D我会再说一遍：在解锁器解锁互斥锁之前，numberOfWaiters必须正确。要使其动态化（如果这是一项要求），您可以添加setNumWaiters（numOfWaiters）函数，并在解锁器解锁互斥锁之前在wait_for函数中调用该函数，只要它始终正确设置数字即可。

现在对于最后一个技巧，如上所述，假设一个任务负责解锁互斥锁，其余任务只是等待信号，这意味着一个且只有一个任务将调用上面的wait_for（）函数，其余的任务只是调用wait（event）函数。

考虑到这一点，numberOfWaiters计算如下：

将调用wait（）
加1表示调用wait_for（）

当然，如果你真的需要，你也可以让它变得更复杂，但是这可能会有效，因为通常1个任务会触发一个事件，但很多任务都想知道它是完整的，这就是它所提供的。

但您的基本流程如下：

init()
{
    event->createEvent(3);
}

eventHandler()
{
    locker l(mutex);
    doEventProcessing();
    signal(event);
}

taskA()
{
    doOperationThatTriggersAnEvent();
    wait_for(mutex);
    eventComplete();
}

taskB()
{
    doWhateverIWant();
    // now I need to know if the event has occurred...
    wait(event);
    coolNowIKnowThatIsDone();
}

taskC()
{
    taskCIsFun();
    wait(event);
    printf("event done!\n");
}

当我写上面的内容时，我觉得所有的OO概念都已经死了，但希望你能得到这个想法，实际上wait和wait_for应该采用相同的参数，或者没有参数，而是同一个类的成员也是他们需要知道的数据......但不过是对其工作方式的概述。

Answer 2

如果每个等待任务等待单独的二进制信号量，则可以避免竞争条件。这些信号量必须在容器中注册，信令任务使用该容器来解除所有等待任务的阻塞。容器必须使用互斥锁保护。

wait_for()方法获取二进制信号量，等待它并最终将其删除。

void condition::wait_for(mutex& mutex) {
    SEM_ID sem = semBCreate(SEM_Q_PRIORITY, SEM_EMPTY);
    {
        lock l(listeners_mutex);    // assure exclusive access to listeners container
        listeners.push_back(sem);       
    }                               // l's dtor unlocks listeners_mutex again

    unlocker ul(mutex);             // relinquish mutex
    semTake(sem, WAIT_FOREVER);

    {
        lock l(listeners_mutex);
        // remove sem from listeners
        // ...
        semDelete(sem);
    }
}                                   // ul's dtor grabs mutex again

signal()方法迭代所有已注册的信号量并解锁它们。

void condition::signal() {
    lock l(listeners_mutex);
    for_each (listeners.begin(), listeners.end(), /* call semGive()... */ )
}

这种方法可确保wait_for()永远不会错过信号。缺点是需要额外的系统资源。为避免为每个wait_for()调用创建和销毁信号量，可以使用池。

Answer 3

根据描述，您可能希望实现（或使用）信号量 - 它是一个标准的CS算法，其语义类似于condvars，并且有大量关于如何实现它们的教科书（https://www.google.com/search?q=semaphore+algorithm ）。

解释信号量的随机Google结果位于：http://www.cs.cornell.edu/courses/cs414/2007sp/lectures/08-bakery.ppt（参见幻灯片32）。

如何避免VxWorks中条件变量中的竞争条件

3 个答案: