1# 互斥锁 2 3 4## 基本概念 5 6互斥锁又称互斥型信号量，用于实现对共享资源的独占式处理。当有任务持有时，这个任务获得该互斥锁的所有权。当该任务释放它时，任务失去该互斥锁的所有权。当一个任务持有互斥锁时，其他任务将不能再持有该互斥锁。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。 7 8互斥锁属性包含3个属性：协议属性、优先级上限属性和类型属性。协议属性用于处理不同优先级的任务申请互斥锁，协议属性包含如下三种： 9 10- LOS_MUX_PRIO_NONE 11 不对申请互斥锁的任务的优先级进行继承或保护操作。 12 13- LOS_MUX_PRIO_INHERIT 14 优先级继承属性，默认设置为该属性，对申请互斥锁的任务的优先级进行继承。在互斥锁设置为本协议属性情况下，申请互斥锁时，如果高优先级任务阻塞于互斥锁，则把持有互斥锁任务的优先级备份到任务控制块的优先级位图中，然后把任务优先级设置为和高优先级任务相同的优先级；持有互斥锁的任务释放互斥锁时，从任务控制块的优先级位图恢复任务优先级。 15 16- LOS_MUX_PRIO_PROTECT 17 优先级保护属性，对申请互斥锁的任务的优先级进行保护。在互斥锁设置为本协议属性情况下，申请互斥锁时，如果任务优先级小于互斥锁优先级上限，则把任务优先级备份到任务控制块的优先级位图中，然后把任务优先级设置为互斥锁优先级上限属性值；释放互斥锁时，从任务控制块的优先级位图恢复任务优先级。 18 19互斥锁的类型属性用于标记是否检测死锁，是否支持递归持有，类型属性包含如下三种： 20 21- LOS_MUX_NORMAL 22 普通互斥锁，不会检测死锁。如果任务试图对一个互斥锁重复持有，将会引起这个线程的死锁。如果试图释放一个由别的任务持有的互斥锁，或者如果一个任务试图重复释放互斥锁都会引发不可预料的结果。 23 24- LOS_MUX_RECURSIVE 25 递归互斥锁，默认设置为该属性。在互斥锁设置为本类型属性情况下，允许同一个任务对互斥锁进行多次持有锁，持有锁次数和释放锁次数相同，其他任务才能持有该互斥锁。如果试图持有已经被其他任务持有的互斥锁，或者如果试图释放已经被释放的互斥锁，会返回错误码。 26 27- LOS_MUX_ERRORCHECK 28 错误检测互斥锁，会自动检测死锁。在互斥锁设置为本类型属性情况下，如果任务试图对一个互斥锁重复持有，或者试图释放一个由别的任务持有的互斥锁，或者如果一个任务试图释放已经被释放的互斥锁，都会返回错误码。 29 30 31## 运行机制 32 33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？ 34 35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。 36 37 **图1** 小型系统互斥锁运作示意图 38  39 40 41## 开发指导 42 43 44### 接口说明 45 46 **表1** 互斥锁模块接口 47 48| 功能分类 | 接口描述 | 49| -------- | -------- | 50| 初始化和销毁互斥锁 | - LOS_MuxInit：互斥锁初始化<br/>- LOS_MuxDestroy：销毁指定的互斥锁 | 51| 互斥锁的申请和释放 | - LOS_MuxLock：申请指定的互斥锁<br/>- LOS_MuxTrylock：尝试申请指定的互斥锁，不阻塞<br/>- LOS_MuxUnlock：释放指定的互斥锁 | 52| 校验互斥锁 | - LOS_MuxIsValid：判断互斥锁释放有效<br/>- LOS_MuxAttrDestroy：销毁指定的互斥锁属性 | 53| 设置和获取互斥锁属性 | - LOS_MuxAttrGetType：获取指定互斥锁属性的类型属性<br/>- LOS_MuxAttrSetType：设置指定互斥锁属性的类型属性<br/>- LOS_MuxAttrGetProtocol：获取指定互斥锁属性的协议属性<br/>- LOS_MuxAttrSetProtocol：设置指定互斥锁属性的协议属性<br/>- LOS_MuxAttrGetPrioceiling：获取指定互斥锁属性的优先级上限属性<br/>- LOS_MuxAttrSetPrioceiling：设置指定互斥锁属性的优先级上限属性<br/>- LOS_MuxGetPrioceiling：获取互斥锁优先级上限属性<br/>- LOS_MuxSetPrioceiling：设置互斥锁优先级上限属性 | 54 55 56### 开发流程 57 58互斥锁典型场景的开发流程： 59 601. 初始化互斥锁LOS_MuxInit。 61 622. 申请互斥锁LOS_MuxLock。 63 64申请模式有三种：无阻塞模式、永久阻塞模式、定时阻塞模式。 65 66- 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； 67 68- 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； 69 70- 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。 71 723. 释放互斥锁LOS_MuxUnlock。 73 74- 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； 75 76- 如果没有任务阻塞于指定互斥锁，则互斥锁释放成功。 77 784. 销毁互斥锁LOS_MuxDestroy。 79 80>  **说明：** 81> - 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。 82> 83> - 互斥锁不能在中断服务程序中使用。 84> 85> - LiteOS-A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。 86 87 88### 编程实例 89 90#### 实例描述 91 92本实例实现如下流程： 93 941. 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。 95 962. 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。 97 983. 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。 99 1004. 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。 101 102#### 编程示例 103 104本演示代码在./kernel/liteos_a/testsuites/kernel/src/osTest.c中编译验证，在TestTaskEntry中调用验证入口函数Example_MutexEntry。 105 106示例代码如下： 107 108``` 109#include <string.h> 110#include "los_mux.h" 111 112/* 互斥锁 */ 113LosMux g_testMutex; 114/* 任务ID */ 115UINT32 g_testTaskId01; 116UINT32 g_testTaskId02; 117 118VOID Example_MutexTask1(VOID) 119{ 120 UINT32 ret; 121 LOS_TaskDelay(50); 122 123 dprintf("task1 try to get mutex, wait 10 ticks.\n"); 124 /* 申请互斥锁 */ 125 ret = LOS_MuxLock(&g_testMutex, 10); 126 127 if (ret == LOS_OK) { 128 dprintf("task1 get mutex g_testMux.\n"); 129 /* 释放互斥锁 */ 130 LOS_MuxUnlock(&g_testMutex); 131 return; 132 } 133 if (ret == LOS_ETIMEDOUT) { 134 dprintf("task1 timeout and try to get mutex, wait forever.\n"); 135 /* 申请互斥锁 */ 136 ret = LOS_MuxLock(&g_testMutex, LOS_WAIT_FOREVER); 137 if (ret == LOS_OK) { 138 dprintf("task1 wait forever, get mutex g_testMux.\n"); 139 /* 释放互斥锁 */ 140 LOS_MuxUnlock(&g_testMutex); 141 /* 删除互斥锁 */ 142 LOS_MuxDestroy(&g_testMutex); 143 dprintf("task1 post and delete mutex g_testMux.\n"); 144 return; 145 } 146 } 147 return; 148} 149 150VOID Example_MutexTask2(VOID) 151{ 152 dprintf("task2 try to get mutex, wait forever.\n"); 153 /* 申请互斥锁 */ 154 (VOID)LOS_MuxLock(&g_testMutex, LOS_WAIT_FOREVER); 155 156 dprintf("task2 get mutex g_testMux and suspend 100 ticks.\n"); 157 158 /* 任务休眠100Ticks */ 159 LOS_TaskDelay(100); 160 161 dprintf("task2 resumed and post the g_testMux\n"); 162 /* 释放互斥锁 */ 163 LOS_MuxUnlock(&g_testMutex); 164 return; 165} 166 167UINT32 Example_MutexEntry(VOID) 168{ 169 UINT32 ret; 170 TSK_INIT_PARAM_S task1; 171 TSK_INIT_PARAM_S task2; 172 173 /* 初始化互斥锁 */ 174 LOS_MuxInit(&g_testMutex, NULL); 175 176 /* 锁任务调度 */ 177 LOS_TaskLock(); 178 179 /* 创建任务1 */ 180 memset(&task1, 0, sizeof(TSK_INIT_PARAM_S)); 181 task1.pfnTaskEntry = (TSK_ENTRY_FUNC)Example_MutexTask1; 182 task1.pcName = "MutexTsk1"; 183 task1.uwStackSize = LOSCFG_BASE_CORE_TSK_DEFAULT_STACK_SIZE; 184 task1.usTaskPrio = 5; 185 ret = LOS_TaskCreate(&g_testTaskId01, &task1); 186 if (ret != LOS_OK) { 187 dprintf("task1 create failed.\n"); 188 return LOS_NOK; 189 } 190 191 /* 创建任务2 */ 192 memset(&task2, 0, sizeof(TSK_INIT_PARAM_S)); 193 task2.pfnTaskEntry = (TSK_ENTRY_FUNC)Example_MutexTask2; 194 task2.pcName = "MutexTsk2"; 195 task2.uwStackSize = LOSCFG_BASE_CORE_TSK_DEFAULT_STACK_SIZE; 196 task2.usTaskPrio = 4; 197 ret = LOS_TaskCreate(&g_testTaskId02, &task2); 198 if (ret != LOS_OK) { 199 dprintf("task2 create failed.\n"); 200 return LOS_NOK; 201 } 202 203 /* 解锁任务调度 */ 204 LOS_TaskUnlock(); 205 206 return LOS_OK; 207} 208``` 209 210**结果验证** 211 212编译运行得到的结果为： 213 214 215``` 216task2 try to get mutex, wait forever. 217task2 get mutex g_testMux and suspend 100 ticks. 218task1 try to get mutex, wait 10 ticks. 219task1 timeout and try to get mutex, wait forever. 220task2 resumed and post the g_testMux 221task1 wait forever, get mutex g_testMux. 222task1 post and delete mutex g_testMux. 223``` 224
