4.6 互斥锁
概述
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。
Huawei LiteOS提供的互斥锁具有如下特点:
- 通过优先级继承算法,解决优先级翻转问题。
运作机制
互斥锁运作原理
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
开发指导
使用场景
互斥锁可以提供任务之间的互斥机制,用来防止两个任务在同一时刻访问相同的共享资源。
功能
Huawei LiteOS 系统中的互斥锁模块为用户提供下面几种功能。
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最高者继续执行。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最高者继续执行。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,则唤醒最早被阻塞的任务中优先级最高的,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。
互斥锁错误码
对互斥锁存在失败的可能性操作,包括互斥锁创建,互斥锁删除,互斥锁申请,互斥锁释放。
错误码定义: 错误码是一个32位的存储单元,31~24位表示错误等级,23~16位表示错误码标志,15~8位代表错误码所属模块,7~0位表示错误码序号,如下所示:
#define LOS_ERRNO_OS_ERROR(MID, ERRNO) \
(LOS_ERRTYPE_ERROR | LOS_ERRNO_OS_ID | ((UINT32)(MID) << 8) | (ERRNO))
LOS_ERRTYPE_ERROR:Define critical OS errors
LOS_ERRNO_OS_ID:OS error code flag
LOS_MOD_MUX:Mutex module ID
MID:OS_MOUDLE_ID
ERRNO:error ID number
例如:
LOS_ERRNO_MUX_TIMEOUT LOS_ERRNO_OS_ERROR(LOS_MOD_MUX, 0x07)
平台差异性
无。
注意事项
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。
Huawei LiteOS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,永久申请互斥锁,然后任务休眠100Tick,Example_MutexTask2挂起,Example_MutexTask1被唤醒。
- Example_MutexTask1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后未拿到互斥锁,Example_MutexTask1被唤醒,试图以永久等待申请互斥锁,Example_MutexTask1挂起。
- 100Tick后Example_MutexTask2唤醒, 释放互斥锁后,Example_MutexTask1被调度运行,最后释放互斥锁。
- Example_MutexTask1执行完,300Tick后任务Example_TaskEntry被调度运行,删除互斥锁。
编程示例
前提条件:
- 在los_config.h中,将LOSCFG_BASE_IPC_MUX配置项打开。
- 配好LOSCFG_BASE_IPC_MUX_LIMIT最大的互斥锁个数。
代码实现如下:
#include "los_mux.h"
#include "los_task.h"
/*互斥锁句柄ID*/
MUX_HANDLE_T g_Testmux01;
/*任务PID*/
UINT32 g_TestTaskID01;
UINT32 g_TestTaskID02;
VOID Example_MutexTask1()
{
UINT32 uwRet;
printf("task1 try to get mutex, wait 10 Tick.\n");
/*申请互斥锁*/
uwRet=LOS_MuxPend(g_Testmux01, 10);
if(uwRet == LOS_OK)
{
printf("task1 get mutex g_Testmux01.\n");
/*释放互斥锁*/
LOS_MuxPost(g_Testmux01);
return;
}
else if(uwRet == LOS_ERRNO_MUX_TIMEOUT )
{
printf("task1 timeout and try to get mutex, wait forever.\n");
/*申请互斥锁*/
uwRet = LOS_MuxPend(g_Testmux01, LOS_WAIT_FOREVER);
if(uwRet == LOS_OK)
{
printf("task1 wait forever,get mutex g_Testmux01.\n");
/*释放互斥锁*/
LOS_MuxPost(g_Testmux01);
return;
}
}
return;
}
VOID Example_MutexTask2()
{
UINT32 uwRet;
printf("task2 try to get mutex, wait forever.\n");
/*申请互斥锁*/
uwRet=LOS_MuxPend(g_Testmux01, LOS_WAIT_FOREVER);
printf("task2 get mutex g_Testmux01 and suspend 100 Tick.\n");
/*任务休眠100 Tick*/
LOS_TaskDelay(100);
printf("task2 resumed and post the g_Testmux01\n");
/*释放互斥锁*/
LOS_MuxPost(g_Testmux01);
return;
}
UINT32 Example_TaskEntry()
{
UINT32 uwRet;
TSK_INIT_PARAM_S stTask1;
TSK_INIT_PARAM_S stTask2;
/*创建互斥锁*/
LOS_MuxCreate(&g_Testmux01);
/*锁任务调度*/
LOS_TaskLock();
/*创建任务1*/
memset(&stTask1, 0, sizeof(TSK_INIT_PARAM_S));
stTask1.pfnTaskEntry = (TSK_ENTRY_FUNC)Example_MutexTask1;
stTask1.pcName = "MutexTsk1";
stTask1.uwStackSize = OS_TSK_DEFAULT_STACK_SIZE;
stTask1.usTaskPrio = 5;
uwRet = LOS_TaskCreate(&g_TestTaskID01, &stTask1);
if(uwRet != LOS_OK)
{
printf("task1 create failed .\n");
return LOS_NOK;
}
/*创建任务2*/
memset(&stTask2, 0, sizeof(TSK_INIT_PARAM_S));
stTask2.pfnTaskEntry = (TSK_ENTRY_FUNC)Example_MutexTask2;
stTask2.pcName = "MutexTsk2";
stTask2.uwStackSize = OS_TSK_DEFAULT_STACK_SIZE;
stTask2.usTaskPrio = 4;
uwRet = LOS_TaskCreate(&g_TestTaskID02, &stTask2);
if(uwRet != LOS_OK)
{
printf("task2 create failed .\n");
return LOS_NOK;
}
/*解锁任务调度*/
LOS_TaskUnlock();
/*任务休眠300 Tick*/
LOS_TaskDelay(300);
/*删除互斥锁*/
LOS_MuxDelete(g_Testmux01);
/*删除任务1*/
uwRet = LOS_TaskDelete(g_TestTaskID01);
if(uwRet != LOS_OK)
{
printf("task1 delete failed .\n");
return LOS_NOK;
}
/*删除任务2*/
uwRet = LOS_TaskDelete(g_TestTaskID02);
if(uwRet != LOS_OK)
{
printf("task2 delete failed .\n");
return LOS_NOK;
}
return LOS_OK;
}
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_Testmux01 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_Testmux01
task1 wait forever,get mutex g_Testmux01.