2.4. Mơ hình lập trình trong hệ điều hành Contiki 2.4.1. Mơ hình lập trình Event-driven 2.4.1. Mơ hình lập trình Event-driven
Lập trình hướng sự kiện (Event-driven) là một mơ hình lập trình hiệu quả về bộ nhớ để viết phần mềm cho các nút cảm biến. Với kiểu lập trình này, phần mềm được viết như là các trình xử lý sự kiện: Các đoạn mã ngắn gọn mô tả làm thế nào mà hệ thống đáp ứng được các sự kiện. Ví dụ về các sự kiện như một gói tin vơ tuyến đến từ một nút lân cận, sự kiện đọc dữ liệu cảm biến từ một trong các bộ cảm biến và sự kiện từ bộ định thời. Khi sự kiện diễn ra, nút cảm biến đáp ứng bằng cách thực thi một đoạn chương trình phần mềm của nó [18].
Lập trình hướng sự kiện địi hỏi ít bộ nhớ hơn so với lập trình đa luồng bởi vì khơng có luồng nào u cầu ngăn xếp bộ nhớ. Tồn bộ hệ thống có thể chạy như một luồng duy nhất và chỉ yêu cầu một ngăn xếp duy nhất.
2.4.2. Mơ hình lập trình Multithreads
Đa luồng (Multithreads) là một kỹ thuật lập trình cho phép nhiều chương trình có thể chạy đồng thời trên một bộ xử lý duy nhất. Trong lập trình đa luồng, mỗi chương trình được định sẵn một luồng điều khiển riêng và luồng đó chạy cùng với tất cả các luồng khác trong hệ thống. Mỗi luồng được định sẵn thời gian nhất định để chạy trên bộ vi xử lý. Để cho phép chạy nhiều chương trình cùng một lúc, hệ điều hành chuyển đổi giữa các luồng để chúng cùng nhau chia sẻ bộ vi xử lý.
Lập trình đa luồng được sử dụng rộng rãi trong các hệ điều hành thơng dụng, ở đó các luồng tự bảo vệ lẫn nhau sao cho một luồng không thể tiếp cận một luồng khác mà không đi qua các giao diện đã quy định. Khi các luồng tự bảo vệ lẫn nhau, chúng thường được gọi là các tiến trình thay vì gọi là các luồng.
Đối với các nút cảm biến không dây, tồn tại một vấn đề đa luồng là mỗi luồng yêu cầu một phần bộ nhớ của riêng mình để giữ trạng thái của các luồng này, được gọi là ngăn xếp của luồng. Các ngăn xếp chứa các biến cục bộ mà luồng sử dụng và các giá trị trả về cho các hàm mà luồng gọi đến, nhưng cũng bao gồm một lượng tương đối lớn bộ nhớ không sử dụng. Bộ nhớ này phải được cấp phát bởi vì nó chưa biết trước được có bao nhiêu ngăn xếp bộ nhớ mà mỗi luồng cần dùng. Do đó, bộ nhớ ngăn xếp thường vượt quá sự cấp phát [18].
2.4.3. Mơ hình lập trình Protothreads
Protothreads là một cách để kết hợp ưu điểm của các mơ hình lập trình hướng sự kiện và đa luồng. Protothreads là cơ chế lập trình được phát triển cho các hệ thống có bộ nhớ hạn chế, nó kết hợp mơ hình lập trình hướng sự kiện và đa luồng theo một phương thức hiệu quả về bộ nhớ [18]. Với Protothreads, chương trình được cấu trúc theo tuần tự, giống như trong mơ hình đa luồng, nhưng sử dụng ít bộ nhớ tương tự như mơ hình hướng sự kiện. Protothreads có thể thực hiện được hiệu quả trong ngơn ngữ lập trình C mà khơng cần bất kỳ ngơn ngữ lập trình bậc thấp hay các thay đổi nào với trình biên dịch. Điều hạn chế là các lập trình viên phải lưu trữ các biến một cách rõ ràng khi các Protothreads dừng. Bởi vì các Protothreads được thực hiện bởi ngôn ngữ C, nên chúng rất tiện lợi trên các nền tảng phần cứng khác nhau.
2.4.4. So sánh ba mơ hình lập trình trong hệ điều hành Contiki
Mơ hình lập trình Multithreads có khả năng thực hiện đồng thời một chuỗi các luồng. Tuy nhiên, các luồng đòi hỏi phải được thực hiện trên những ngăn nhớ riêng, tạo ra chuỗi các luồng điều khiển tuần tự.
Trong khi đó, mơ hình lập trình Event-driven chỉ hoạt động trên một ngăn nhớ và thực hiện các luồng điều khiển tùy theo các sự kiện đến. Do đó Event-driven địi hỏi bộ nhớ ít hơn và cung cấp cơ chế điều khiển linh hoạt theo các sự kiện.