VxWorks系統(tǒng)概念妙喻

    當前嵌入式系統(tǒng)已無所不在，應用于各行各業(yè)。在嵌入式系統(tǒng)中，有一類很重要的成員，即實時嵌入式系統(tǒng)，其中，WindRiver公司的VxWorks是目前軟件工程師采用最多的，用于開發(fā)實時嵌入式系統(tǒng)的商用實時嵌入式操作系統(tǒng)，以其可靠性及強大的工具支持著稱。很多程序開發(fā)人員由Windows編程轉向嵌入式編程時感到困難，因為在Windows的API函數中有不少操作系統(tǒng)內核機制都進行了封裝(如信號量、消息等)，往往不必了解這些概念，而優(yōu)秀的VxWorks編程者則需要更加了解與內核相關的概念。下面通過現實生活中的一些事例進行類比來說明這些概念，即使是初學者也能輕松領悟。

1 實時性與非實時性

    VxWorks作為實時操作系統(tǒng)，實時性指的是對外部事件的響應在規(guī)定的時間內完成。舉個工作中的例子，有一解決，因而當接到投訴時，你馬上去往客戶處交涉并解決問題。另一種情況：公司在收到客戶投訴后，并不馬上解決，而是在一段時間后匯總并根據客戶所在地集中解決。第一種情況就好比實時系統(tǒng)，在規(guī)定時間內對外部事件進行響應；第二種情況好比非實時系統(tǒng)。很可能出現的一種情形就是，剛解決好一個客戶的問題后回公司，得知又一位同一地點的客戶要求你去，因此懊悔不已，接到投訴后不如不馬上行動。同樣，非實時系統(tǒng)也需要付出額外的代價，因此不能簡單地說哪種系統(tǒng)效率更高或性能更好。第一種公司制度更讓客戶滿意，因為它能在規(guī)定時間內給客戶反饋，雖然效率不一定最高。具體選用哪一種管理制度應該結合實際經營情況而定，同理，實時系統(tǒng)也有它適合的應用。比如汽車控制設備、國防系統(tǒng)中，不在預定時間內對外部隨機事件作出響應是很不合理的；而在Windows系統(tǒng)中，鼠標點擊在系統(tǒng)繁忙時可能好幾秒才響應過來。

2 多任務與單任務
    多任務好比一個團隊的多個人分工合作完成一項工作，而單任務則是一個人獨立完成一項工作。假如這項工作就是去郵局郵寄一份文件，那么一個人足以勝任，多個人反而顯得多余。假如這項工作包括去郵局郵寄文件，收取客戶Email并及時回復，接聽電話，那么一個人就顯得雜亂無章，不能及時回復郵件，或錯過電話。如果安排兩個人完成此項工作就容易得多，一人去郵寄文件，一人留單位接聽電話并收取Email。從程序設計角度來說，單任務或多任務都沒有絕對優(yōu)勢，因此應用程序是采用何種任務劃分，需根據具體應用而定。
    還有一個問題，畢竟CPU資源是固定的，如果同時運行多個任務，那么每個任務的處理能力都降低了，整體性能是否提高了呢?假如需要將兩個文件從A地分別送往B地和C地，如圖1所示。一個行走速度極快的運動員從A地到B地需要10min，交接文件需10min，從B地返回A地需10min，再從A地到C地需15min，交接文件需10min，總共花費55min。而兩個行走較慢的人共同完成該任務，一人從A地到B地需20min，交接文件10min，30min完成；另一人從A地往C地需30min，交接文件需10min，總共也就40min。交接文件時間越長，兩個人的優(yōu)勢越明顯。在程序中等待慢設備的應答信號就是這種情況，不能將整個CPU的時間花費在等待中。但假如任務就是將文件從A送到B，那么多個行走慢的人就不如一個速度快的人了。

3 信號量(semaphore)
    VxWorks系統(tǒng)中，信號量包括可斥信號量、二進制信號量和計數信號量，其他操作系統(tǒng)基本上也是如此。按作用劃分為同步和互斥機制。通過信號量的同步和互斥機制可以方便、高斂地協調任務?；コ夥绞降墓δ苁遣煌蝿湛梢岳眯盘柫炕コ獾卦L問臨界資源。現實生活中也是如此，比如單位會議室只有一個，可能有多個部門使用會議室，單位采取如下管理方式：使用前向負責人申請，若會議室空閑就可以使用，會議結束后通知負責人；否則，等待負責人通知。這里的會議室就好比臨界資源，申請和通知這種方式就好比信號量的互斥機制，如圖2所示。

    信號量的同步機制有所不同，提供的任務同步功能是指一個任務可以利用信號量控制自己的執(zhí)行進度，使自己同步于一組外部事件。好比甲等待乙的電話再一起吃飯。甲接電話之前沒有任何行動，好比這個任務阻塞；接到電話好比獲取信號量(乙打電話好比釋放信號量)；去吃飯就好比繼續(xù)執(zhí)行任務。
    計數信號量與二進制信號量都可以用于任務之間的同步與互斥，不同之處在于，計數信號量能夠記錄信號量釋放的次數，可以用來監(jiān)視某一資源的使用狀況。好比存錢與消費：存入的金額計數累加(釋放信號量計數)，消費時金額減少(獲取信號量計數減少)，只要金額不為零就還有消費能力(信號量可用)，金額為零就只能等待存入(獲取信號量但無信號量可用只能等待其他任務釋放信號量)。

4 消息機制
    僅通過信號量的同步、互斥是無法提供完善的響應式交互信息的。消息(message)機制通過消息隊列保存多個消息，一般來說，消息是按照FIFO的順序通過消息隊列的。信號量好比是兩人相互約定，電話鈴響，不用接聽，直接出門迎接；而消息機制發(fā)送就是，接聽電話并根據電話內容執(zhí)行相應操作。接聽電話并根據電話內容辦理相應事情，比電話鈴響就按約定辦理事情多花費時間，同樣，消息機制比信號量更耗費時間；但接聽電話后根據電話內容辦事比前者更加靈活，適應更多的場合，同樣，消息機制的使用比信號量更加靈活，并且電話內容可以是臨時增加的，類似消息內容的可擴展性。

5 信 號
    信號(signal)與信號量聽起來很相似，其實是完全不同的兩種機制，一定需要明確區(qū)分。信號是一種由事件觸發(fā)的軟件中斷，它可以異步地改變信號接收任務的執(zhí)行流程，使其轉向對應的信號處理程序執(zhí)行。即使該任務當前處于阻塞狀態(tài)，一旦接收信號后就會處于準備執(zhí)行狀態(tài)，但是當信號處理程序執(zhí)行之后繼續(xù)處于阻塞狀態(tài)。舉個例子，上班時你可以隨意安排你的工作，就好比任務中程序的順序執(zhí)行；單位出現突發(fā)事件需要你立刻解決，當前工作被打斷，就好比該任務接收到信號，當前程序被打斷；處理完突發(fā)事件后繼續(xù)工作，就好比信號處理程序執(zhí)行完返回原來被打斷的地方繼續(xù)執(zhí)行。這個突發(fā)事件就好比一個信號，該信號影響的任務立刻跳轉到指定的程序；這個突發(fā)事件是隨機、不可預料的，就好比信號接收的不可預料性，在程序中信號機制常用于異常處理。不同于信號量用顯式語句表示何時需要獲取或釋放信號量，信號機制允許程序在任何地方被信號中斷而轉向相應的處理程序。
    以上是對VxWorks操作系統(tǒng)一些相關概念的理解和總結，在技術交流中很容易被接受，希望能分享給更多的朋友。