Sostituzione per code in RTOS

Per la comunicazione tra attività o per condividere dati tra due attività di RTOS, utilizziamo le code. Ma il problema con le code è che sono lenti .... Copiano i dati nel buffer, quindi nella gestione Mutex e quindi nel trasferimento dei dati. È irritantemente lento se devi trasferire dati di grandi dimensioni. Un altro problema è se si accede alla stessa coda da più attività. Quindi l'immagine diventa così: - Prima attendi di accedere a La coda, quindi Gestisci il Mutex interno, quindi Trasferimento dati.

Ciò aumenta le spese generali sul sistema. Quale potrebbe essere la sostituzione efficiente per le code?

(Suppongo che questa domanda sia indipendente da RTOS che utilizziamo. La maggior parte delle RTOS gestisce le code solo in questo modo)

Le code funzionano in questo modo perché si tratta di un modello di transazione thread-safe per la comunicazione tra attività. Rischi i problemi di corruzione e / o proprietà dei dati in qualsiasi schema meno rigoroso.

Stai copiando i dati in un buffer in memoria, quindi passando un puntatore con gli elementi della coda o stai provando a passare tutti i dati negli elementi della coda stessi? Se non si passano i puntatori, si otterrà un aumento delle prestazioni facendo questo invece di passare un byte alla volta attraverso gli elementi della coda.

Un modo semplice è mettere un puntatore ai dati sulla coda e consumare i dati usando il puntatore.

Tieni presente che stai scambiando sicurezza per le prestazioni in questo modo in quanto devi assicurarti che:

1. il buffer rimane valido fino a quando il consumatore non ha consumato i dati
2. qualcuno dealloca il buffer

Se non si utilizza la memoria allocata in modo dinamico, non è necessario deallocare, ma è comunque necessario assicurarsi che l'area di memoria non venga riutilizzata prima che i dati siano stati consumati.

Le code senza blocco possono essere implementate per il caso produttore singolo / consumatore singolo e spesso è possibile progettare il software per ridurre al minimo il numero di code produttore multiplo o consumatore multiplo.

Una coda senza blocchi può essere costruita in questo modo: alloca un array di elementi da comunicare, e anche due numeri interi, chiamali Head e Tail. Head è un indice nell'array, in cui verrà aggiunto l'elemento successivo. La coda è un indice nell'array, in cui è possibile rimuovere l'elemento successivo. L'attività produttore legge H e T per determinare se c'è spazio per aggiungere un elemento; scrive l'elemento nell'indice H, quindi aggiorna H. Le attività del consumatore leggono H e T per determinare se ci sono dati disponibili, legge i dati dall'indice T, quindi aggiorna T. Fondamentalmente si tratta di un buffer ad anello a cui accedono due attività, e il l'ordine delle operazioni (inserire, quindi aggiornare H; rimuovere, quindi aggiornare T) garantisce che non si verifichino danni ai dati.

Se hai una situazione con più produttori e un singolo consumatore, o un singolo produttore e più consumatori, hai effettivamente una limitazione delle risorse di qualche tipo e non c'è nient'altro che utilizzare la sincronizzazione, poiché è più probabile che il limitatore di prestazioni essere il solo produttore / consumatore di un overhead del sistema operativo con il meccanismo di blocco.

Ma se hai più produttori e consumatori, vale la pena spendere il tempo (nello spazio di progettazione) per vedere se non riesci a ottenere un meccanismo di comunicazione più coordinato; in un caso come questo, serializzare tutto attraverso una singola coda rende sicuramente l'efficienza della coda il fattore determinante centrale delle prestazioni.

Si può ottenere un funzionamento efficiente in una coda per singolo consumatore multi-produttore priva di blocco se la coda stessa contiene elementi sufficientemente piccoli da funzionare con una primitiva esclusiva di magazzino negozio, confronto-scambio o simile e si può usare un valore riservato o valori riservati per slot di coda vuoti. Quando scrive sulla coda, lo scrittore esegue uno scambio di confronto per provare a memorizzare i suoi dati nello slot vuoto successivo; se fallisce, lo scrittore prova il seguente slot. Sebbene la coda mantenga un puntatore allo slot vuoto successivo, il valore del puntatore è "advisory". Si noti che se un sistema utilizza lo scambio di confronto anziché l'esclusiva di caricamento negozio, potrebbe essere necessario disporre di una "famiglia" di valori "slot vuoti" diversi. Altrimenti, se tra il momento in cui lo scrittore trova uno slot di coda vuoto e tenta di scrivere su di esso, un altro scrittore scrive lo slot e il lettore lo legge, il primo scrittore metterebbe inconsapevolmente i suoi dati in un punto in cui il lettore non li vedrebbe. Questo problema non si verifica nei sistemi che utilizzano l'esclusiva load-store, poiché l'esclusiva store rileverà che i dati sono stati scritti anche se sono stati riscritti nel vecchio valore.

È possibile accedere alle code in modo più efficiente scrivendo in cima alla coda Normalmente la maggior parte dei RTOS fornisce il supporto per l'aggiunta alla parte anteriore della coda che non richiede l'acquisizione di mutex. Ma assicurati di usare l'aggiunta al fronte della coda il più minimamente possibile dove vuoi solo eseguire i dati più velocemente. Normalmente le strutture delle code hanno un limite di dimensione massima, quindi è possibile non mettere tutti i dati in coda, quindi passare il puntatore è sempre facile.

Saluti!!

Le code non sono intrinsecamente lente. La loro attuazione potrebbe essere.

Se stai copiando ciecamente i dati e stai utilizzando una coda sincrona, vedrai un impatto sulle prestazioni.

Come hanno indicato altri poster, ci sono alternative senza serratura. Il caso del singolo produttore / singolo consumatore è semplice; per più produttori e consumatori, l' algoritmo di coda senza blocchi di Michael e Scott (quelli sono i loro cognomi) è lo standard e viene utilizzato come base per ConcurrentLinkedQueue di Java .

In alcuni casi è possibile ottimizzare la necessità di code, ma offrono garanzie di concorrenza che di solito offrono enormi vantaggi di semplificazione ai sistemi consentendo di disaccoppiare le attività.