Zephyr内核对象--数据传递对象总结增补

本文分析数据传递对象传递数据的系统效能。

本文是做为Zephyr内核对–数据传递对象简介的增补篇对所有的数据传进行效能分析。 每种数据传递对象的分析可以参考下面文章 Zephyr内核对象-数据传递之FIFO/LIFO Zephyr内核对象-数据传递之Stack Zephyr内核对象-数据传递之Message Queue Zephyr内核对象-数据传递之邮箱 Zephyr内核对象-数据传递之管道

加锁方式 链接到标题

在数据传递过程中，内存有自旋锁和锁调度两种加锁方式：

自旋锁 链接到标题

本文只考虑单核CPU，在此情况下自旋锁退化为锁中断，我们假定没有配置非延迟中断，因此k_spin_lock将会锁所有的中断。 对应于k_spin_lock，可以使用k_spin_unlock，z_reschedule，z_pend_curr进行解锁

锁调度 链接到标题

k_sched_lock上锁后，不会再发生线程调度(但会响应中断)，k_sched_unlock后恢复调度

数据传递方式分析和加锁影响 链接到标题

下面列出不同数据对象传递数据的方式，并列出传递时加锁的方式

queue/fifo/lifo 链接到标题

将数据的内存指针以链表形式管理，指针长度的数据copy

  • queue_insert k_spin_lock->链表插入->z_reschedule

  • z_impl_k_queue_get k_spin_lock -> 从链表移除 ->k_spin_unlock k_spin_lock -> z_pend_curr(无数据等待)

queue/fifo/lifo在传递数据的时候会锁中断，但由于只是链表操作，数据也只有指针长度，对系统效能影响不大。传递的是数据指针，数据0拷贝。

statck 链接到标题

将数据指针存放在堆栈中，指针长度的数据copy

  • z_impl_k_stack_push k_spin_lock -> 数据指针入栈 -> z_reschedule k_spin_lock -> k_spin_unlock(堆栈满)

  • z_impl_k_stack_pop k_spin_lock->数据指针出堆栈->k_spin_unlock k_spin_lock -> z_pend_curr(堆栈空，等数据)

在传递数据的时候会锁中断，但由于只是堆栈操作，单位数据也只有指针长度，对系统效能影响不大。传递的是数据指针，数据0拷贝。

消息列队 链接到标题

将消息以ring-buffer形式管理，一次传送copy的大小为消息的长度，消息可以包含所有数据，也可以只包含指向消息数据的指针，传递只copy消息，不copy消息数据指针指向的数据

z_impl_k_msgq_put 链接到标题

k_spin_lock -> copy消息大小->z_reschedule k_spin_lock-> z_pend_curr (等待发送) k_spin_lock-> k_spin_unlock(不等待发送)

z_impl_k_msgq_get 链接到标题

k_spin_lock->copy消息大小->z_reschedule k_spin_lock-> z_pend_curr (等待数据) k_spin_lock-> k_spin_unlock(不等待数据)

在传递数据的时候会锁中断，会对消息数据进行拷贝，为了减少对系统的影响，定义消息列队的消息时需要控制消息的长度，如果有大数据需要传递，只在消息里面传递数据的指针，传递数据0拷贝。

邮箱 链接到标题

将消息中包含消息数据指针，接收者将copy消息中数据指针指向所有数据，接收完后发送者才会退出。

mbox_message_put 链接到标题

k_spin_lock -> 匹配 ->等待接收copy数据z_pend_curr k_spin_lock -> z_pend_curr（未匹配，等待发送） k_spin_lock -> k_spin_unlock(未匹配，不等待发送)

k_mbox_get 链接到标题

k_spin_lock->匹配->k_spin_unlock->copy消息数据->通知copy完成 k_spin_lock-> k_spin_unlock(未匹配，等待接收消息) k_spin_lock-> k_spin_unlock(未匹配，不等待)

只在匹配时会锁中断，对系统效能影响不大。在传递数据的时必须进行数据拷贝，数据过大需要考虑使用消息队列做0拷贝动作

管道 链接到标题

要发送的所有数据都在管道内，接收者会copy所有管道内的数据

z_pipe_put_internal 链接到标题

k_spin_lock -> 有thread等待读pipe数据->z_sched_lock->k_spin_unlock->copy pipe数据->k_sched_unlock k_spin_lock -> 无thread等待读pipe数据->k_spin_unlock(不等待发送) k_spin_lock -> 无thread等待读pipe数据->z_sched_lock->k_spin_unlock->z_sched_unlock_no_reschedule->k_spin_unlock(等待发送)

z_impl_k_pipe_get 链接到标题

k_spin_lock -> 有thread等待写pipe数据->z_sched_lock->k_spin_unlock->copy pipe数据->k_sched_unlock k_spin_lock -> 无thread等待读pipe数据->k_spin_unlock(不等待接收) k_spin_lock -> 无thread等待读pipe数据->z_sched_lock->k_spin_unlock->z_sched_unlock_no_reschedule->k_spin_unlock(等待接收)

只在检查pipe时锁中断，对系统效能影响不大，但在传递数据时需要锁调度，且是拷贝所有数据，在拷贝数据期间其它线程均无法打断，如果数据过大会影响系统效能。