LiteOS 互斥锁机制

Posted 2021-04-24 易飞澈信息科技

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。

互斥锁特点：

通过优先级继承算法，解决优先级翻转问题

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接下来看下互斥锁管理的运作原理。

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。

互斥锁是怎样来避免这种冲突的呢？

当一个任务访问某个非共享公共资源时，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，直到互斥锁被该任务释放后，才能重新访问公共资源，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，保证了共享数据操作的完整性。

互斥锁运作示意图

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我们知道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，那么具体该怎么用呢？Huawei LiteOS提供了互斥锁模块的API接口来供开发者调用。

接口表

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

开发流程：

下面是一个互斥锁使用场景的例子，通过这个例子可以详细了解下互斥锁的开发流程。

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
1. 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，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
2. 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
3. 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，直到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
3. 释放互斥锁LOS_MuxPost
1. 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
2. 如果没有任务阻塞于指定互斥锁，则互斥锁释放成功
4. 删除互斥锁LOS_MuxDelete
   
   

Tips: 

• 开发过程中，如果遇到互斥锁使用问题，请自行查阅
  HuaweiLiteOSKernel 文档

注意项：

• 两个任务不可能对同一把互斥锁加锁。如果任务对已被其他任务加锁的互斥锁加锁，该任务会被挂起，直到加锁任务对互斥锁解锁，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例程中使用
• 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

  
  

·  动  ·  手  ·  时  ·  刻  ·

终于到了实际操作的环节了，甭废话，直接上代码：

#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;}

本例介绍了互斥锁的基本使用方法，包含互斥锁的创建、申请（无阻塞、定时阻塞、永久阻塞）、释放、删除操作。

运行结果为：

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_Testmux01task1 wait forever,get mutex g_Testmux01.

详情请参考 HuaweiLiteOSKernel sample_mutex.c源码实现。

好了，LiteOS的互斥锁使用就介绍到这里，如果你有兴趣，可以自己下载LiteOS源码，尝试进行互斥锁功能程序的编写，欢迎随时交流。

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