RTOS 中的信号量和互斥量

之前在学习 UCOS ii 的时候就对这两个知识点（信号量，互斥量）不太理解，导致我后来写并发小线程的时候只会使用锁（lock）。虽然对于平常的小开发来说，偶尔使用锁资源确实无伤大雅，但如果要运用到实时嵌入式系统中的话，那可就不行了。原因是实时嵌入式系统中充斥着大量的全局变量，动不动就上锁，真是太奢侈了。最近在看 Free RTOS 的时候，又重新关注到了这两个知识点，刚好和大家一起分享一下。首先把结论告诉到家：互斥量用于共享资源的保护，信号量用于线程的同步。

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基础知识

什么是线程？

线程（英语：thread）是操作系统能够进行运算调度的最小单位。它被包含在进程之中，是进程中的实际运作单位。一条线程指的是进程中一个单一顺序的控制流，一个进程中可以并发多个线程，每条线程并行执行不同的任务。

线程有哪些状态？

在FreeRTOS 中的任务一共有四种状态分别是运行状态（ Running State），就绪状态（ Ready State），阻塞状态（ Blocked State），挂起状态（ Suspended State），其含义可以简单理解为：

运行状态: 正在执行的任务。
就绪状态：等待获得执行权的任务。
阻塞状态：直到某些条件达成才会重新进入就绪态等待获得执行权，否则不会执行的任务。
挂起状态：除非被主动恢复，否则永远不会执行。

信号量

信号量（semaphore）：用在多线程多任务同步的，一个线程完成了某一个动作就通过信号量告诉别的线程，别的线程再进行某些动作。

在并发的时间里线程的执行是没有顺序的，但是软件的逻辑确实有顺序与先后之分。当线程1的输入条件是线程2的输出的话，按照合理的逻辑，线程1就必须在线程2执行后再运行，不然就可能发生程序bug。这时候我们就可以使用信号量，只要在线程2提供信号量时，线程1才能同步运行，这就是信号量的主要用途！—— 同步相关线程

互斥量

互斥量（Mutex）：用在多线程多任务互斥的，一个线程占用了某一个资源，那么别的线程就无法访问，直到这个线程unlock，其他的线程才开始可以利用这个资源。

多线程操作时，不可避免的要访问共享资源，比如 printf 等 IO 输出资源。试想一下，如果所有的线程都在满屏的打印字符，那会是一个什么感觉？所以当有且只有一个资源的情况下，我们使用互斥量来保护资源（共享资源，硬件资源等）。只有当线程释放资源后，其他线程才能访问。这就是互斥量的主要用途！—— 保护共享资源最后再强调一下，互斥量用于共享资源的保护，信号量用于线程的同步。虽然你也可以使用二元信号量来保护共享资源，但是我不建议你这么做。虽然两者很相似，但还是有所区别。互斥量用完后必须归还！用于同步的信号量通常完成同步后便丢弃，不再归还。

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