信號量管理方法和信號量管理程序的製作方法
2023-05-28 06:37:51
專利名稱：信號量管理方法和信號量管理程序的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種使用多任務系統的作業系統中的資源的排他控制，尤其是涉及一種使用信號量(semaphore)來執行排他控制時的信號量的管理方法。
背景技術：
在使用多任務系統的作業系統中的資源的排他控制中，常常使用信號量。在使用信號量的資源的排他控制中，在使用資源之前，任務首先利用信號量生成命令來生成信號量。在生成信號量時，將信號量結構體的指針、信號量結構體陣列的索引或作業系統提供的用於信號量操作的句柄(下面稱為信號量句柄)返回到任務側。任務側利用指定了信號量句柄的信號量獲得命令獲得信號量，從而使用資源。在使用了資源之後，利用指定了信號量句柄的信號量釋放命令釋放信號量，從而釋放資源。
任務是為了實現期望的功能而由用戶生成的程序。因此，在通過使用上述信號量操作命令(信號量生成命令、信號量獲得命令和信號量釋放命令)來使用資源的、基於信號量的排他控制中，用戶必須了解信號量句柄與資源之間的關聯。
但是，由於信號量句柄為數值，所以難以直觀地建立信號量句柄與資源之間的關聯，從而存在信號量句柄與資源之間的關聯的管理很麻煩的問題。
作為用於改善這種問題的現有技術，具有專利文獻1。在專利文獻1中，公開了一種涉及資源管理方式的技術，該技術可利用名稱(符號)來管理資源，從而可容易地進行程序(任務)的生成和挪用以及資源管理。
具體地說，任務將所要使用的資源的符號通知給資源管理模塊。經由資源管理模塊的識別號碼分配部件從任務輸入了符號後，識別號碼管理部件檢索用於存儲資源的符號與識別號碼(信號量句柄)的對應的識別號碼管理表，檢測出未使用的信號量句柄，與檢測出的信號量句柄相對應地登記所通知的符號，將該信號量句柄設為使用中，並經由識別號碼分配部件將檢測出的信號量句柄通知給任務。任務使用所通知的信號量句柄，向多任務作業系統發出系統呼叫，從而使用資源。資源使用結束後，任務將正使用的信號量句柄通知給資源管理模塊。經由資源管理模塊的識別號碼釋放部件從任務通知了信號量句柄後，識別號碼管理部件刪除與所通知的信號量句柄相對應地登記於識別號碼管理表中的符號，在將該信號量句柄設為未使用後釋放。
專利文獻1特開平5-81048號公報在上述專利文獻1所記載的現有技術中，具備用於使資源的符號與信號量句柄相對應的識別號碼管理表，任務向管理該識別號碼管理表的對應表資源管理模塊通知符號，並使用從識別號碼管理部件返回的信號量句柄來進行信號量的操作，所以生成任務的用戶無需了解資源的符號與信號量句柄的對應，就可以用符號來管理資源。
但是，在上述專利文獻1所記載的現有技術中，雖然生成任務的用戶不必了解符號與信號量句柄的對應，但由於從資源管理模塊向任務返回信號量句柄，並使用所返回的信號量句柄來使用信號量，所以存在必須在任務內管理信號量句柄的問題。
另外，在上述專利文獻1所記載的現有技術中，必須取得與符號相對應的信號量句柄，並使用所取得的信號量句柄來獲得信號量。即，任務需要用於取得與符號相對應的信號量句柄的命令和用於獲得信號量的信號量獲得命令這兩個命令，從而存在步驟數多的問題。
另外，在使用信號量時，利用信號量生成命令來生成與信號量相對應的信號量結構體，並取得與所生成的信號量結構體相對應的信號量的信號量句柄，但存在必須向使用所生成的信號量的全部任務通知所取得的信號量句柄的問題。
發明內容
本發明鑑於上述問題而做出，其目的在於提供一種信號量管理方法，在使用信號量的排他控制中，可以使用資源的符號來操作信號量，而無需在任務內管理信號量句柄。
為了解決上述問題並實現目的，本發明提供了一種信號量管理方法，應用於利用信號量來執行排他控制的多任務系統的作業系統，並且根據信號量結構體與符號/句柄對應表，利用任務發出的、包含資源的符號的信號量操作命令，來操作信號量，其中，所述信號量結構體與對應於所述作業系統內的資源的信號量相對應，並登記有與該信號量的使用狀態有關的信號量信息，所述符號/句柄對應表與用於識別作業系統內的資源的符號相對應地登記有用於識別管理該資源的信號量的信號量句柄，其特徵在於，所述方法具備對應表管理步驟，取得與包含在所述信號量操作命令中的符號相對應地登記在所述符號/句柄對應表中的信號量句柄；信號量獲得步驟，在所述信號量操作命令是信號量獲得命令的情況下，根據與所述對應表管理步驟取得的信號量句柄所表示的信號量相對應的信號量結構體的信號量信息，取得信號量，並將該信號量所管理的資源分配給發出了所述信號量獲得命令的任務；和信號量釋放步驟，在所述信號量操作命令是信號量釋放命令的情況下，根據與所述對應表管理步驟取得的信號量句柄所表示的信號量相對應的信號量結構體的信號量信息，釋放信號量，並從發出了所述信號量釋放命令的任務釋放該信號量所管理的資源。
根據本發明，可實現得到如下信號量管理方法的效果即對應表管理部件從與用於識別資源的符號名相對應地登記有用於識別管理該資源的信號量的信號量句柄的符號/句柄對應表中，取得與任務發出的信號量操作命令中包含的符號相對應的信號量句柄，在信號量操作命令是信號量獲得命令的情況下，信號量獲得處理部件取得所取得的信號量句柄所表示的信號量，將由所取得的信號量管理的資源分配給發出了信號量獲得命令的任務，在信號量操作命令是信號量釋放命令的情況下，信號量釋放處理部件釋放所取得的信號量句柄所表示的信號量，從發出了信號量釋放命令的任務釋放該信號量所管理的資源，所以在使用信號量的排他控制中，可以使用資源的符號來操作信號量，而無需在任務內管理信號量句柄。
圖1是表示應用本發明的信號量管理方法的多任務系統的構成的圖。
圖2是用於說明應用本發明的信號量管理方法的多任務系統的基於信號量獲得命令的動作的流程圖。
圖3是用於說明應用本發明的信號量管理方法的多任務系統的基於信號量釋放命令的動作的流程圖。
圖4是用於說明應用本發明的信號量管理方法的多任務系統的基於信號量獲得命令的動作的流程圖。
具體實施例方式
下面，參照附圖來詳細說明本發明的信號量管理方法和信號量管理程序的實施方式。該實施方式並不限定本發明。
實施方式利用圖1～圖3來說明本發明的實施方式。圖1是表示應用了本發明的信號量管理方法的多任務系統1的構成的圖。在圖1中，作為主要部分，多任務系統1具備在多任務系統1的管理下動作的多個(此處為兩個)任務5(表示5-1、5-2)和作業系統2，該作業系統2具有n(n為自然數)個資源7(表示7-1～7-n)和根據來自任務5的命令、通過使用信號量的排他控制來分配和釋放資源7的信號量管理部件3。
任務5是用戶生成的程序，由用於實現期望功能的各種命令構成。在構成任務5的命令當中，作為利用資源7的命令，包括用於操作對資源7進行排他控制的信號量的信號量操作命令。信號量操作命令具有用於在使用資源7時獲得與資源7相對應的信號量的信號量獲得命令(圖中為P命令)；和用於在釋放所使用的資源7時釋放與資源7相對應的信號量之信號量釋放命令(圖中為V命令)。用戶在使用信號量獲得命令和信號量釋放命令時，指定被預先賦予作為對象的資源7的符號。
資源7是作業系統2使用的存儲器或印表機等設備，分別被賦予符號。符號中可使用用戶容易識別資源7的名稱，在圖1中，向資源7-1賦予符號「mem1」，向資源7-2賦予符號「mem2」，…，向資源7-n賦予符號「memn」。
信號量管理部件3具備信號量結構體6(表示6-1～6-n)、符號/句柄對應表4和信號量操作部件8。信號量結構體6與對資源7進行排他控制的信號量相對應，構成基於預定順序的陣列(信號量結構體陣列)。在信號量管理部件3中，利用信號量結構體陣列的索引或指針來識別各信號量結構體6。
在圖1中，信號量結構體6-1與對資源7-1進行排他控制的信號量相對應，信號量結構體6-2與對資源7-2進行排他控制的信號量相對應，…，信號量結構體6-n與對資源7-n進行排他控制的信號量相對應。另外，信號量結構體6-1的索引為「sem1」，信號量結構體6-2的索引為「sem2」，…，信號量結構體6-n的索引為「semn」。信號量結構體6的索引為數值。另外，從作業系統2向信號量提供用於信號量操作的句柄(下面稱為信號量句柄)，但這裡，信號量句柄與對應於該信號量句柄所表示的信號量的信號量結構體6的索引為相同值。
信號量結構體6登記與相對應的信號量的使用狀態有關的信號量信息。信號量結構體6由登記有相對應的信號量的狀態或屬性的標誌61、登記有相對應的信號量的剩餘數量的計數器62、和登記有等待相對應的信號量的任務5的進程名的等待任務隊列63構成。
符號/句柄對應表4與資源7的符號相對應地登記有對該資源7進行排他控制的信號量的信號量句柄。信號量操作部件8接收到來自任務5的信號量操作命令後，執行如下處理，即根據符號/句柄對應表4和信號量結構體6，獲得或釋放信號量，從而向任務5分配資源7，或從任務5釋放資源7。
信號量操作部件8具備管理符號/句柄對應表4的對應表管理部件81、生成與信號量相對應的信號量結構體6的信號量生成部件82、根據信號量結構體6來執行信號量的獲得處理的信號量獲得處理部件83、和根據信號量結構體6來執行信號量的釋放處理的信號量釋放處理部件84。
參照圖1～圖3，說明應用本發明的信號量管理方法的多任務系統1的動作。首先，參照圖2的流程圖和圖1，說明基於信號量獲得命令的動作。在將要使用資源7的情況下，任務5向信號量操作部件8輸出(發出)包含將要使用的資源7的符號的信號量獲得命令(步驟S100)。
輸入了信號量獲得命令後，信號量操作部件8的對應表管理部件81取得與信號量獲得命令內的符號相對應地登記在符號/句柄對應表4中的信號量句柄(步驟S101)。
在取得了信號量句柄的情況下，即在符號/句柄對應表4中登記有信號量獲得命令內的符號和對應於該符號的信號量句柄的情況下(步驟S102為是)，對應表管理部件81將包含所取得的信號量句柄的信號量獲得指示通知給信號量獲得處理部件83。
在接收到信號量獲得指示後，信號量獲得處理部件83使用信號量獲得指示內的信號量句柄，執行信號量獲得處理(步驟S103)。具體地說，信號量獲得處理部件83確認與信號量獲得指示內的信號量句柄相對應的信號量結構體6的計數器62中登記的計數值，判定是否能獲得信號量。計數值表示與信號量結構體6相對應的信號量的剩餘數量。因此，信號量獲得處理部件83在計數值為「0」的情況下，判定為不能獲得信號量，在計數值不為「0」的情況下，判定為能獲得信號量。在判定為能獲得信號量的情況下，信號量獲得處理部件83將與信號量獲得指示內的信號量句柄相對應的信號量結構體6的計數器62的值減1，獲得信號量。
在獲得了信號量的情況下(步驟S104為是)，信號量獲得處理部件83向任務5通知獲得了信號量。被通知獲得了信號量後，任務5利用由通過信號量獲得命令獲得的信號量進行排他控制的資源7，執行期望的處理(步驟S105)。
在沒能獲得信號量的情況下，即判定為不能獲得信號量的情況下(步驟S104為否)，信號量獲得處理部件83將輸出了信號量獲得命令的任務5的進程名登記在與信號量句柄相對應的信號量結構體6的等待任務隊列63中(步驟S106)。
在其它任務5釋放了所等待的信號量(步驟S107)後，信號量獲得處理部件83執行信號量獲得處理，獲得信號量，向任務5通知獲得了信號量，任務5利用由通過信號量獲得命令獲得的信號量進行排他控制的資源7，執行期望的處理(步驟S103～S105)。另外，信號量獲得處理部件83在從信號量等待到獲得信號量的情況下，將與信號量相對應的信號量結構體6的計數器62減1，同時，刪除登記在等待任務隊列63中的該任務的進程名。
另一方面，在不能從符號/句柄對應表4取得信號量句柄的情況下，即符號/句柄對應表4中未登記信號量獲得命令內的符號和與該符號相對應的信號量句柄的情況下(步驟S102為否)，對應表管理部件81將信號量生成指示通知給信號量生成部件82。
在接收到信號量生成指示後，信號量生成部件82將新的信號量結構體追加到信號量結構體陣列，從而生成信號量(步驟S108)。信號量生成部件82向對應表管理部件81通知包含在生成信號量時從作業系統2提供的信號量句柄的生成完成通知。
接收到生成完成通知後，對應表管理部件81將生成完成通知內的信號量句柄與信號量獲得命令內的符號相對應地登記在符號/句柄對應表4中(步驟S109)。對應表管理部件81將包含生成完成通知內的信號量句柄、即登記在符號對應表中的信號量句柄的信號量獲得指示通知給信號量獲得處理部件83。
信號量獲得處理部件83執行信號量獲得處理，獲得信號量，向任務5通知獲得了信號量，任務5利用由通過信號量獲得命令獲得的信號量進行排他控制的資源7，執行期望的處理(步驟S103～S105)。
下面，參照圖3的流程圖和圖1，說明基於信號量釋放命令的動作。在釋放利用信號量獲得命令獲得的信號量的情況下，任務5將包含所要釋放的資源7的符號的信號量釋放命令輸出到信號量操作部件8(步驟S200)。
在輸入了信號量釋放命令後，信號量操作部件8的對應表管理部件81取得與信號量釋放命令內的符號相對應地登記在符號/句柄對應表4中的信號量句柄(步驟S201)。對應表管理部件81將包含所取得的信號量句柄的信號量釋放指示通知給信號量釋放處理部件84。
在接收到信號量釋放指示後，信號量釋放處理部件84使用信號量釋放指示內的信號量句柄，執行信號量釋放處理(步驟S202)。具體地說，信號量釋放處理部件84使與信號量釋放指示內的信號量句柄相對應的信號量結構體6的計數器62中登記的計數值加1。
信號量釋放處理部件84向任務5通知釋放了信號量。由此，任務5識別為信號量的釋放操作結束，從而執行下一命令(步驟S203)。
這樣，在本實施方式中，對應表管理部件81從與用於識別資源7的符號名相對應地登記有用於識別管理該資源7的信號量的信號量句柄的符號/句柄對應表4中，取得與任務5發出的信號量操作命令中包含的符號相對應的信號量句柄，在信號量操作命令是信號量獲得命令的情況下，信號量獲得處理部件83取得所取得的信號量句柄所表示的信號量，將所取得的信號量所管理的資源7分配給發出了信號量獲得命令的任務5，在信號量操作命令是信號量釋放命令的情況下，信號量釋放處理部件84釋放所取得的信號量句柄所表示的信號量，從發出了信號量釋放命令的任務5釋放該信號量所管理的資源7，因此在使用信號量的排他控制中，可以使用資源7的符號來操作信號量，而無需在任務5內管理信號量句柄。
另外，由於可以使用資源7的符號來操作信號量，而無需在任務5內管理信號量句柄，所以可在無需向使用相同信號量的所有任務5通知信號量句柄的情況下，實現使用信號量的排他控制。
另外，在本實施方式中，在與任務5發出的信號量操作命令內的符號相對應的信號量句柄未登記在符號/句柄對應表4中的情況下，信號量生成部件82生成新的信號量結構體6，從而生成信號量，對應表管理部件81將信號量生成部件82生成的信號量的信號量句柄與信號量操作命令內的符號相對應地登記在符號/句柄對應表4中之後，信號量獲得處理部件83獲得信號量，因此可以用1個命令來執行信號量的生成和獲得，從而可削減任務5的步驟。
並且，在使用信號量的排他控制中，由於可以使用資源7的符號來操作信號量，而無需在任務5內管理信號量句柄，所以還可期待如下效果，即可削減生成任務5的用戶的勞力，同時可避免信號量句柄與符號的對應錯誤，從而可提高程序的質量。
另外，在本實施方式中，在信號量獲得命令動作時不能從符號/句柄對應表4取得信號量句柄的情況下，無條件地生成信號量，但也可以如圖4的流程圖所示，在前面圖2的流程圖的步驟S108的信號量生成處理之前，追加判定是否需要明示的信號量生成的步驟S110，僅在必須生成信號量的情況下，才生成信號量，在不必生成信號量的情況下，向任務5通知錯誤通知(步驟S111)。所謂明示的信號量生成是包含信號量生成命令的信號量獲得命令，這種情況下，作為信號量獲得命令，僅在從符號/句柄對應表4取得了信號量句柄的情況下，即符號與信號量句柄的對應被登記在符號/句柄對應表4中的情況下，準備獲得信號量的命令，在沒能從符號/句柄對應表4取得信號量句柄的情況下，即符號與信號量句柄的對應沒有登記在符號/句柄對應表4中的情況下，準備在生成信號量並登記到符號/句柄對應表4中之後獲得信號量的命令，並在任務5上分開使用這兩個命令。
另外，也可將由本發明中的信號量操作部件8的對應表管理部件81、信號量生成部件82、信號量獲得處理部件83和信號量釋放處理部件84實現的上述功能，提供作為由作業系統2所操作的CPU(中央處理單元)等微處理器執行的程序。
產業上的可利用性如上所述，本發明的信號量管理方法可用於利用信號量來進行排他控制的多任務系統的作業系統，尤其適用於從多個任務操作同一信號量的情況。
權利要求
1.一種信號量管理方法，應用於利用信號量來執行排他控制的多任務系統的作業系統，根據信號量結構體與符號/句柄對應表，利用任務發出的、包含資源的符號的信號量操作命令，來操作信號量，其中，所述信號量結構體與對應於所述作業系統內的資源的信號量相對應，並登記有與該信號量的使用狀態有關的信號量信息，所述符號/句柄對應表與用於識別作業系統內的資源的符號相對應地登記有用於識別管理該資源的信號量的信號量句柄，其特徵在於，所述信號量管理方法具備對應表管理步驟，取得與包含在所述信號量操作命令中的符號相對應地登記在所述符號/句柄對應表中的信號量句柄；信號量獲得步驟，在所述信號量操作命令是信號量獲得命令的情況下，根據與所述對應表管理步驟取得的信號量句柄所表示的信號量相對應的信號量結構體的信號量信息，取得信號量，並將該信號量所管理的資源分配給發出了所述信號量獲得命令的任務；和信號量釋放步驟，在所述信號量操作命令是信號量釋放命令的情況下，根據與所述對應表管理步驟取得的信號量句柄所表示的信號量相對應的信號量結構體的信號量信息，釋放信號量，並從發出了所述信號量釋放命令的任務釋放該信號量所管理的資源。
2.根據權利要求1所述的信號量管理方法，其特徵在於，還具備信號量生成步驟，在所述對應表管理步驟沒能取得與包含在所述信號量操作命令中的符號相對應地登記在所述符號/句柄對應表中的信號量句柄的情況下，生成新的信號量結構體以生成信號量，其中，所述對應表管理步驟將用於識別由所述信號量生成步驟生成的信號量的符號與包含在所述信號量操作命令中的符號相對應地登記在所述符號/句柄對應表中。
3.一種信號量管理程序，使計算機執行權利要求1或2所述的信號量管理方法。
4.一種信號量管理媒體，使計算機執行權利要求3所述的信號量管理方法，其特徵在於，還具備信號量生成步驟，在所述對應表管理步驟沒能取得與包含在所述信號量操作命令中的符號相對應地登記在所述符號/句柄對應表中的信號量句柄的情況下，生成新的信號量結構體以生成信號量，其中，所述對應表管理步驟將用於識別由所述信號量生成步驟生成的信號量的符號與包含在所述信號量操作命令中的符號相對應地登記在所述符號/句柄對應表中。
全文摘要
本發明提供了一種信號量管理方法和信號量管理程序，可以使用資源的符號來操作信號量，而無需在任務內管理信號量句柄。對應表管理部件(81)從與資源(7)的符號名相對應地登記有管理該資源(7)的信號量的信號量句柄的符號/句柄對應表(4)中，取得與任務(5)發出的信號量操作命令中包含的符號相對應的信號量句柄，在信號量操作命令為信號量獲得命令的情況下，信號量獲得處理部件(83)取得所取得的信號量句柄所表示的信號量，並將由所取得的信號量管理的資源(7)分配給發出命令的任務(5)，在信號量操作命令為信號量釋放命令的情況下，信號量釋放處理部件(84)釋放由所取得的信號量句柄表示的信號量，並從發出命令的任務(5)釋放由該信號量管理的資源(7)。
文檔編號G06F9/52GK1991767SQ20061009465
公開日2007年7月4日 申請日期2006年6月20日 優先權日2005年12月27日
發明者南角茂樹, 井上禎一郎, 平松宙祥 申請人:三菱電機株式會社