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

當兩個或者更多的進程想要共享同一個資源——以Zynq SoC 的XADC組件為例——很多進程很可能會在同一時間要求使用這個資源。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)最重要的職責之一。如果不能正確有效的實現(xiàn)資源的管理，“死鎖”（deadlock）或者“饑餓”（starvation）現(xiàn)象可能會發(fā)生。

下面給出的是“死鎖”和“饑餓”的定義：
? 死鎖——當一個進程占有一個資源，直到這個進程結束才會釋放這個資源，但是因為它需要一個被另一個的進程占用的資源導致它不能被執(zhí)行完畢。如果第二個進程需要調用第一個進程占用的資源，那么系統(tǒng)就永遠保持在死鎖狀態(tài)。死鎖現(xiàn)象是RTOS（實時操作系統(tǒng)）自身的一個比較糟糕的情況。
? 饑餓——進程不能夠運行，因為這個進程所需的資源總是被分配給另一個進程，這個進程就會因為缺乏資源而被“餓死”，俗話說“巧婦難為無米之炊?！?/p>

正如你能夠想象到的，歷年來很多文章介紹和討論了關于死鎖和饑餓現(xiàn)象這個主題，涌現(xiàn)出了很多可行性的解決方案。例如：Dekker算法，這個算法是首先被認為是解決互斥現(xiàn)象的正確方案。它是一個共享內存的機制，不需要特定的“測試與設置”指令（但是僅限于管理兩個競爭的進程），這都要歸功于荷蘭數(shù)學家Theodorus Dekker。處理死鎖現(xiàn)象最普遍的方法是利用semaphores（信號量），主要有兩種形式：二進制信號量和計數(shù)器信號量。二進制信號量用于控制對一個資源的訪問，例如一個硬件資源。計數(shù)器信號量用于控制對一堆相同的可以內部互換的資源的訪問，例如內存的緩沖區(qū)。

通常情況下每個資源都會分配一個二進制的信號量，調用這個資源的進程將會等待，直到這個資源變成可利用的，進程才會執(zhí)行，一旦這個進程執(zhí)行完畢，它將會釋放這個資源。二進制信號量通常使用WAIT和SIGNAL操作。進程會根據(jù)一個信號量執(zhí)行WAIT操作，當這個資源處于空閑狀態(tài)（可能是立即空閑或者不是） ，操作系統(tǒng)會把資源的控制權交給進程。

當進程執(zhí)行完畢，會產(chǎn)生SIGNAL完成信號并且釋放資源。然而，當進程根據(jù)信號量等待時，如果資源是被占用的，操作系統(tǒng)會暫停進程直到資源處于空閑狀態(tài)。這個執(zhí)行WAIT操作的進程可能不得不一直等待，直到占用這個資源的正在執(zhí)行的進程結束，或者這個等待可能會更長，如果這個資源已經(jīng)被更高優(yōu)先級的進程請求調用。

介紹進程優(yōu)先級的概念會引出優(yōu)先級反轉這個問題。存在一個更加靈活的二進制信號量的類被稱作“mutex’s”（單詞mutex是“mutual exclusion”的縮寫），這些類經(jīng)常會被現(xiàn)代操作系統(tǒng)使用，用來防止優(yōu)先級反轉。

計數(shù)器信號量的工作方式與二進制信號量的工作方式相，當不止一個資源師是可利用的時候它們會被調用，例如數(shù)據(jù)的存儲。隨著每個資源被分配給請求的進程，計數(shù)器的值會減少來反映出剩余的空閑資源的數(shù)量。當信號量計數(shù)器的值變?yōu)榱?，就不會存在可利用的資源。當計數(shù)器的值變?yōu)榱阋院笕魏握埱笠粋€或者更多資源的進程都將會被暫停，直到所需數(shù)量的資源被釋放。

進程之間需要經(jīng)常的進行通信，又很多的方法來實現(xiàn)這個操作。最簡單的方法是使用數(shù)據(jù)存儲，數(shù)據(jù)存儲是用上面描述的信號量進行管理的，更復雜的通信方法包括消息隊列。

當使用消息隊列時，一個進程想要發(fā)送信息給另一個進程要發(fā)布一個消息到這個隊列里面。當一個進程想要從隊列里接收消息，他就會依賴于這個隊列。因此消息隊列的工作方式像FIFO。然而在 ?C/OS-III操作系統(tǒng)會配置消息隊列以LIFO方式工作。消息隊列和它們所屬的組織可能很復雜，想要深入探討這個話題可能需要寫更多的博客。幸運的是通過借助操作系統(tǒng)中預先寫入的程序，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)解釋了一點兒關于資源共享和進程間通信的知識，我的下一篇博客將會介紹?C/OS-III OS的一個演示例子，并且在MicroZed上運行起來。

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