鸿蒙南向开发教程 Day 8：信号量三种类型详解

目标：掌握 OpenHarmony 轻量系统的三种信号量用法：二值信号量、计数信号量、同步信号量
前置条件：已完成 Day 7 的互斥锁教程

一、工程结构

app/ ├── BUILD.gn └── 07_semaphore/ # 模块目录 ├── BUILD.gn └── demo.c # 三种信号量测试代码

1.1app/BUILD.gn

import("//build/lite/config/component/lite_component.gni") lite_component("app") { features = [ "07_semaphore:semaphore_demo", ] }

1.207_semaphore/BUILD.gn

static_library("semaphore_demo") { sources = [ "demo.c" ] include_dirs = [ "//utils/native/lite/include", "//kernel/liteos_m/components/cmsis/2.0", ] }

二、信号量类型总览

三、类型一：同步信号量（初始值 0）

3.1 场景

Task1 等待 Task2 完成某个操作后才能继续，单向同步。

3.2 代码

#include<stdio.h>#include<unistd.h>#include"ohos_init.h"#include"cmsis_os2.h"osThreadId_tTask1_ID;osThreadId_tTask2_ID;osSemaphoreId_tSemaphore_ID;#defineTASK_STACK_SIZE1024#defineTASK1_DELAY_TIME1#defineTASK2_DELAY_TIME2// Task1：等待同步信号voidTask1(void){while(1){// 信号量初始为 0，第一次会阻塞等待osSemaphoreAcquire(Semaphore_ID,osWaitForever);printf("Task 1 osSemaphore Acquire <=====\n");sleep(TASK1_DELAY_TIME);}}// Task2：发出同步信号voidTask2(void){while(1){osSemaphoreRelease(Semaphore_ID);printf("Task 2 osSemaphore Release =====>\n");sleep(TASK2_DELAY_TIME);}}staticvoidkernel_sync_semaphore_example(void){printf("Enter kernel_sync_semaphore_example()!\n");// 同步信号量：初始值 0，最大值 1// Task1 先启动，但 Acquire 会阻塞，直到 Task2 ReleaseSemaphore_ID=osSemaphoreNew(1,0,NULL);if(Semaphore_ID!=NULL){printf("ID = %d, Create Semaphore_ID is OK!\n",Semaphore_ID);}osThreadAttr_ttaskOptions;taskOptions.name="Task1";taskOptions.attr_bits=0;taskOptions.cb_mem=NULL;taskOptions.cb_size=0;taskOptions.stack_mem=NULL;taskOptions.stack_size=TASK_STACK_SIZE;taskOptions.priority=osPriorityNormal;Task1_ID=osThreadNew((osThreadFunc_t)Task1,NULL,&taskOptions);if(Task1_ID!=NULL){printf("ID = %d, Create Task1_ID is OK!\n",Task1_ID);}taskOptions.name="Task2";taskOptions.priority=osPriorityNormal;Task2_ID=osThreadNew((osThreadFunc_t)Task2,NULL,&taskOptions);if(Task2_ID!=NULL){printf("ID = %d, Create Task2_ID is OK!\n",Task2_ID);}}SYS_RUN(kernel_sync_semaphore_example);

3.3 关键设计

执行流程：

时间轴 → Task1: [启动]──[Acquire]←──阻塞！信号量=0 │ Task2: [启动]────────────[Release]──信号量=1──→唤醒Task1 │ Task1: ←──────────────────[被唤醒]──[执行]──[Acquire]←──再次阻塞 │ Task2: ──────────────────[Release]──信号量=1──→再次唤醒 │ 循环：Task2 每 2 秒发一次信号，Task1 每收到一次执行一次

3.4 应用场景

四、类型二：计数信号量（资源管理）

4.1 场景

停车场管理：10 个车位，车辆进出计数。

4.2 代码

#include<stdio.h>#include<unistd.h>#include"ohos_init.h"#include"cmsis_os2.h"osThreadId_tTask1_ID;osThreadId_tTask2_ID;osSemaphoreId_tSemaphore_ID;#defineSEM_MAX_COUNT10// 停车场总车位#defineTASK_STACK_SIZE(1024)#defineTASK1_DELAY_TIME1// 进车频率#defineTASK2_DELAY_TIME2// 出车频率// Task1：车辆进入（Release，信号量 +1）voidTask1(void){while(1){// 检查当前车位是否已满if(osSemaphoreGetCount(Semaphore_ID)<SEM_MAX_COUNT){if(osSemaphoreRelease(Semaphore_ID)==osOK){printf("[进入%d辆车, 停车场容量: %d] 信号量+1.\n",osSemaphoreGetCount(Semaphore_ID),SEM_MAX_COUNT);}}else{printf("[进入停车场失败, 请等待...]\n");}sleep(TASK1_DELAY_TIME);}}// Task2：车辆离开（Acquire，信号量 -1）voidTask2(void){while(1){// 等待有车辆（信号量 > 0）if(osSemaphoreAcquire(Semaphore_ID,osWaitForever)==osOK){printf("[出去1辆车, 剩余停车场容量: %d] 信号量-1.\n",osSemaphoreGetCount(Semaphore_ID));}else{printf("[出停车场失败]\n");}sleep(TASK2_DELAY_TIME);}}staticvoidkernel_sync_semaphore_example(void){printf("Enter kernel_sync_semaphore_example()!\n");// 计数信号量：最大值 10，初始值 0（空停车场）Semaphore_ID=osSemaphoreNew(SEM_MAX_COUNT-1,0,NULL);if(Semaphore_ID!=NULL){printf("ID = %d, Create Semaphore_ID is OK!\n",Semaphore_ID);}osThreadAttr_ttaskOptions;taskOptions.name="Task1";taskOptions.attr_bits=0;taskOptions.cb_mem=NULL;taskOptions.cb_size=0;taskOptions.stack_mem=NULL;taskOptions.stack_size=TASK_STACK_SIZE;taskOptions.priority=osPriorityNormal;Task1_ID=osThreadNew((osThreadFunc_t)Task1,NULL,&taskOptions);if(Task1_ID!=NULL){printf("ID = %d, Create Task1_ID is OK!\n",Task1_ID);}taskOptions.name="Task2";taskOptions.priority=osPriorityNormal;Task2_ID=osThreadNew((osThreadFunc_t)Task2,NULL,&taskOptions);if(Task2_ID!=NULL){printf("ID = %d, Create Task2_ID is OK!\n",Task2_ID);}}SYS_RUN(kernel_sync_semaphore_example);

4.3 关键设计

注意：代码中max_count设为 9，实际语义应为 10，这里按原始代码保留。

信号量值含义：

4.4 应用场景

五、类型三：二值信号量（互斥，初始值 1）

5.1 场景

保护共享资源，功能等价于互斥锁（Day 7 内容）。

5.2 代码（回顾 Day 7 互斥场景）

osSemaphoreId_tSemaphore_ID;uint8_tbuff[20]={0};// 创建二值信号量：初始 1（资源可用）Semaphore_ID=osSemaphoreNew(1,1,NULL);voidTask1(void){while(1){osSemaphoreAcquire(Semaphore_ID,osWaitForever);// P 操作，信号量 1→0// 临界区：写 bufffor(inti=0;i<sizeof(buff);i++)buff[i]=i;osSemaphoreRelease(Semaphore_ID);// V 操作，信号量 0→1sleep(1);}}voidTask2(void){while(1){osSemaphoreAcquire(Semaphore_ID,osWaitForever);// P 操作，若 0 则阻塞// 临界区：读 bufffor(inti=0;i<sizeof(buff);i++)printf("%d ",buff[i]);osSemaphoreRelease(Semaphore_ID);// V 操作sleep(1);}}

5.3 关键设计

六、三种信号量对比总结

七、信号量 API 速查表

八、编译与验证

VSCode 点击Build→Upload，串口波特率115200。

九、下一步

Day 9 预告：消息队列（Message Queue）—— 线程间安全传递数据。