LiteOS-M小型系统内核之ipc——互斥锁

jiecho

发布于 2021-7-21 18:07

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基本概念

互斥锁又称互斥型信号量，是一种特殊的二值性信号量，用于实现对共享资源的独占式处理。

任意时刻互斥锁的状态只有两种，开锁或闭锁。当有任务持有时，互斥锁处于闭锁状态，这个任务获得该互斥锁的所有权。当该任务释放它时，该互斥锁被开锁，任务失去该互斥锁的所有权。当一个任务持有互斥锁时，其他任务将不能再对该互斥锁进行开锁或持有。

多任务环境下往往存在多个任务竞争同一共享资源的应用场景，互斥锁可被用于对共享资源的保护从而实现独占式访问。另外互斥锁可以解决信号量存在的优先级翻转问题。

运行机制

多任务环境下会存在多个任务访问同一公共资源的场景，而有些公共资源是非共享的，需要任务进行独占式处理。互斥锁怎样来避免这种冲突呢？

用互斥锁处理非共享资源的同步访问时，如果有任务访问该资源，则互斥锁为加锁状态。此时其他任务如果想访问这个公共资源则会被阻塞，直到互斥锁被持有该锁的任务释放后，其他任务才能重新访问该公共资源，此时互斥锁再次上锁，如此确保同一时刻只有一个任务正在访问这个公共资源，保证了公共资源操作的完整性。

图 1 互斥锁运作示意图 LiteOS-M小型系统内核之ipc——互斥锁-鸿蒙开发者社区

开发指导

接口说明

表 1 互斥锁模块接口

功能分类	接口名	描述
互斥锁的创建和删除	LOS_MuxCreate	创建互斥锁
互斥锁的创建和删除	LOS_MuxDelete	删除指定的互斥锁
互斥锁的申请和释放	LOS_MuxPend	申请指定的互斥锁
互斥锁的申请和释放	LOS_MuxPost	释放指定的互斥锁

开发流程

互斥锁典型场景的开发流程：

创建互斥锁LOS_MuxCreate。
申请互斥锁LOS_MuxPend。

申请模式有三种：无阻塞模式、永久阻塞模式、定时阻塞模式。
- 无阻塞模式：任务需要申请互斥锁，若该互斥锁当前没有任务持有，或者持有该互斥锁的任务和申请该互斥锁的任务为同一个任务，则申请成功。
- 永久阻塞模式：任务需要申请互斥锁，若该互斥锁当前没有被占用，则申请成功。否则，该任务进入阻塞态，系统切换到就绪任务中优先级高者继续执行。任务进入阻塞态后，直到有其他任务释放该互斥锁，阻塞任务才会重新得以执行。
- 定时阻塞模式：任务需要申请互斥锁，若该互斥锁当前没有被占用，则申请成功。否则该任务进入阻塞态，系统切换到就绪任务中优先级高者继续执行。任务进入阻塞态后，指定时间超时前有其他任务释放该互斥锁，或者用户指定时间超时后，阻塞任务才会重新得以执行。
释放互斥锁LOS_MuxPost。
- 如果有任务阻塞于指定互斥锁，则唤醒被阻塞任务中优先级高的，该任务进入就绪态，并进行任务调度；
- 如果没有任务阻塞于指定互斥锁，则互斥锁释放成功。
删除互斥锁LOS_MuxDelete。

说明：

两个任务不能对同一把互斥锁加锁。如果某任务对已被持有的互斥锁加锁，则该任务会被挂起，直到持有该锁的任务对互斥锁解锁，才能执行对这把互斥锁的加锁操作。

互斥锁不能在中断服务程序中使用。

LiteOS-M内核作为实时操作系统需要保证任务调度的实时性，尽量避免任务的长时间阻塞，因此在获得互斥锁之后，应该尽快释放互斥锁。

持有互斥锁的过程中，不得再调用LOS_TaskPriSet等接口更改持有互斥锁任务的优先级。

编程实例

实例描述

本实例实现如下流程。

任务Example_TaskEntry创建一个互斥锁，锁任务调度，创建两个任务Example_MutexTask1、Example_MutexTask2。Example_MutexTask2优先级高于Example_MutexTask1，解锁任务调度。
Example_MutexTask2被调度，以永久阻塞模式申请互斥锁，并成功获取到该互斥锁，然后任务休眠100Tick，Example_MutexTask2挂起，Example_MutexTask1被唤醒。
Example_MutexTask1以定时阻塞模式申请互斥锁，等待时间为10Tick，因互斥锁仍被Example_MutexTask2持有，Example_MutexTask1挂起。10Tick超时时间到达后，Example_MutexTask1被唤醒，以永久阻塞模式申请互斥锁，因互斥锁仍被Example_MutexTask2持有，Example_MutexTask1挂起。
100Tick休眠时间到达后，Example_MutexTask2被唤醒，释放互斥锁，唤醒Example_MutexTask1。Example_MutexTask1成功获取到互斥锁后，释放，删除互斥锁。

示例代码

示例代码如下：

#include <string.h>
#include "los_mux.h"

/* 互斥锁句柄id */
UINT32 g_testMux;
/* 任务ID */
UINT32 g_testTaskId01;
UINT32 g_testTaskId02;

VOID Example_MutexTask1(VOID)
{
    UINT32 ret;

    printf("task1 try to get  mutex, wait 10 ticks.\n");
    /* 申请互斥锁 */
    ret = LOS_MuxPend(g_testMux, 10);

    if (ret == LOS_OK) {
        printf("task1 get mutex g_testMux.\n");
        /* 释放互斥锁 */
        LOS_MuxPost(g_testMux);
        return;
    } 
    if (ret == LOS_ERRNO_MUX_TIMEOUT ) {
            printf("task1 timeout and try to get mutex, wait forever.\n");
            /* 申请互斥锁 */
            ret = LOS_MuxPend(g_testMux, LOS_WAIT_FOREVER);
            if (ret == LOS_OK) {
                printf("task1 wait forever, get mutex g_testMux.\n");
                /* 释放互斥锁 */
                LOS_MuxPost(g_testMux);
                /* 删除互斥锁 */
                LOS_MuxDelete(g_testMux);
                printf("task1 post and delete mutex g_testMux.\n");
                return;
            }
    }
    return;
}

VOID Example_MutexTask2(VOID)
{
    printf("task2 try to get  mutex, wait forever.\n");
    /* 申请互斥锁 */
    (VOID)LOS_MuxPend(g_testMux, LOS_WAIT_FOREVER);

    printf("task2 get mutex g_testMux and suspend 100 ticks.\n");

    /* 任务休眠100Ticks */
    LOS_TaskDelay(100);

    printf("task2 resumed and post the g_testMux\n");
    /* 释放互斥锁 */
    LOS_MuxPost(g_testMux);
    return;
}

UINT32 Example_TaskEntry(VOID)
{
    UINT32 ret;
    TSK_INIT_PARAM_S task1;
    TSK_INIT_PARAM_S task2;

    /* 创建互斥锁 */
    LOS_MuxCreate(&g_testMux);

    /* 锁任务调度 */
    LOS_TaskLock();

    /* 创建任务1 */
    memset(&task1, 0, sizeof(TSK_INIT_PARAM_S));
    task1.pfnTaskEntry = (TSK_ENTRY_FUNC)Example_MutexTask1;
    task1.pcName       = "MutexTsk1";
    task1.uwStackSize  = LOSCFG_BASE_CORE_TSK_DEFAULT_STACK_SIZE;
    task1.usTaskPrio   = 5;
    ret = LOS_TaskCreate(&g_testTaskId01, &task1);
    if (ret != LOS_OK) {
        printf("task1 create failed.\n");
        return LOS_NOK;
    }

    /* 创建任务2 */
    memset(&task2, 0, sizeof(TSK_INIT_PARAM_S));
    task2.pfnTaskEntry = (TSK_ENTRY_FUNC)Example_MutexTask2;
    task2.pcName       = "MutexTsk2";
    task2.uwStackSize  = LOSCFG_BASE_CORE_TSK_DEFAULT_STACK_SIZE;
    task2.usTaskPrio   = 4;
    ret = LOS_TaskCreate(&g_testTaskId02, &task2);
    if (ret != LOS_OK) {
        printf("task2 create failed.\n");
        return LOS_NOK;
    }

    /* 解锁任务调度 */
    LOS_TaskUnlock();

    return LOS_OK;
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结果验证

编译运行得到的结果为：

task2 try to get  mutex, wait forever.
task2 get mutex g_testMux and suspend 100 ticks.
task1 try to get  mutex, wait 10 ticks.
task1 timeout and try to get mutex, wait forever.
task2 resumed and post the g_testMux
task1 wait forever, get mutex g_testMux.
task1 post and delete mutex g_testMux.1.
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分类

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已于2021-7-21 18:07:44修改