liteos互斥锁(七)

1. 概述

1.1 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。

1.2 运作机制

1.2.1 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。

1.3 开发指导

1.3.1 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

1.3.2 功能

Huawei LiteOS 系统中的互斥锁模块为用户提供下面几种功能。

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

==

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

==

LOS_MuxPost

释放指定的互斥锁

1.3.3 开发流程

互斥锁典型场景的开发流程:

  1. 创建互斥锁LOS_MuxCreate。
  2. 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
  1. 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,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。
  1. 删除互斥锁LOS_MuxDelete。

1.3.4 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

序号

定义

实际数值

描述

参考解决方案

1

LOS_ERRNO_MUX_NO_MEMORY

0x02001d00

内存请求失败

减少互斥锁限制数量的上限

2

LOS_ERRNO_MUX_INVALID

0x02001d01

互斥锁不可用

传入有效的互斥锁的ID

3

LOS_ERRNO_MUX_PTR_NULL

0x02001d02

入参为空

确保入参可用

4

LOS_ERRNO_MUX_ALL_BUSY

0x02001d03

没有互斥锁可用

增加互斥锁限制数量的上限

5

LOS_ERRNO_MUX_UNAVAILABLE

0x02001d04

锁失败,因为锁被其他线程使用

等待其他线程解锁或者设置等待时间

6

LOS_ERRNO_MUX_PEND_INTERR

0x02001d05

在中断中使用互斥锁

在中断中禁止调用此接口

7

LOS_ERRNO_MUX_PEND_IN_LOCK

0x02001d06

任务调度没有使能,线程等待另一个线程释放锁

设置PEND为非阻塞模式或者使能任务调度

8

LOS_ERRNO_MUX_TIMEOUT

0x02001d07

互斥锁PEND超时

增加等待时间或者设置一直等待模式

9

LOS_ERRNO_MUX_OVERFLOW

0x02001d08

暂未使用,待扩展

10

LOS_ERRNO_MUX_PENDED

0x02001d09

删除正在使用的锁

等待解锁再删除锁

11

LOS_ERRNO_MUX_GET_COUNT_ERR

0x02001d0a

暂未使用,待扩展

12

LOS_ERRNO_MUX_REG_ERROR

0x02001d0b

暂未使用,待扩展

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

#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)

1.3.5 平台差异性

1.4 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。

1.5 编程实例

1.5.1 实例描述

本实例实现如下流程。

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. Example_MutexTask1执行完, 300Tick后任务Example_TaskEntry被调度运行,删除互斥锁

1.5.2 编程示例

前提条件:

  • 在los_config.h中,将OS_INCLUDE_MUX配置项打开。
  • 配好OS_MUX_MAX_SUPPORT_NUM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;
}

1.5.3 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

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