一、简介

1.1 互斥锁

在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。互斥锁(mutex)又称互斥型信号量是一种特殊的二值信号量用于实现对共享资源的独占式处理。另外Huawei LiteOS提供的互斥锁通过优先级继承算法解决了优先级翻转问题。

1.2 互斥锁的使用方式

• 在任意时刻互斥锁的状态只有两种开锁和闭锁。
• 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。
• 当一个互斥锁为加锁状态时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 互斥锁的运作机制

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。

二、API说明

以下任务管理接口位于 kernel/liteos_m/components/cmsis/2.0/cmsis_os2.h。

业务BUILD.gn中包含路径

include_dirs = [
        "//utils/native/lite/include",
        "//kernel/liteos_m/components/cmsis/2.0",
    ]

2.1 osMutexNew

功能	创建互斥锁不能在中断服务调用该函数
函数定义	osMutexId_t osMutexNew (const osMutexAttr_t *attr)
参数	attr互斥对象的属性
返回	互斥锁ID

2.2 osMutexAcquire

功能	函数osMutexAcquire一直等待直到参数mutex_id指定的互斥对象可用为止。如果没有其他线程获得互斥锁该函数立即返回并阻塞互斥锁对象
函数定义	osStatus_t osMutexAcquire (osMutexId_t mutex_id,uint32_t timeout)
参数	mutex_id互斥锁ID timeout超时值
返回	0 - 成功非0 - 失败

2.3 osMutexRelease

功能	释放互斥锁不能从中断服务例程调用此函数
函数定义	osStatus_t osMutexRelease (osMutexId_t mutex_id)
参数	mutex_id互斥锁ID
返回	0 - 成功非0 - 失败

2.4 osMutexDelete

功能	删除互斥锁
函数定义	osStatus_t osMutexDelete (osMutexId_t mutex_id)
参数	mutex_id互斥锁ID
返回	0 - 成功非0 - 失败

三、使用互斥来同步任务

编译时在业务BUILD.gn中包含路径

include_dirs = [
        "//utils/native/lite/include",
        "//kernel/liteos_m/components/cmsis/2.0",
    ]

在Mutex_example函数中通过osMutexNew()函数创建了互斥锁ID并创建的三个不同优先级的任务在第一秒高优先级和中优先级线程被延迟。因此低优先级线程可以启动自己的工作获得互斥锁并在持有它时延迟。在第一秒之后高优先级和中优先级线程就准备好了。因此高优先级线程获得优先级并尝试获取互斥锁。因为互斥锁已经被低优先级线程所拥有所以高优先级线程被阻塞中间优先级线程被执行并开始执行许多非阻塞的工作3S后低优先级释放互斥锁高优先级线程准备就绪并立即被调度。

void HighPrioThread(void) 
{
  osDelay(100U); // wait 1s until start actual work
  while(1) 
  {
    osMutexAcquire(mutex_id, osWaitForever); // try to acquire mutex
    printf("HighPrioThread is runing.\r\n");
    osDelay(300U);
    osMutexRelease(mutex_id);
  }
}
 
void MidPrioThread(void) 
{
  osDelay(100U); // wait 1s until start actual work
  while(1) 
  {
    printf("MidPrioThread is runing.\r\n");
    osDelay(100);
  }
}
 
void LowPrioThread(void) 
{
  while(1) 
  {
    osMutexAcquire(mutex_id, osWaitForever);
    printf("LowPrioThread is runing.\r\n");
    osDelay(300U); // block mutex for 5s
    osMutexRelease(mutex_id);
  }
}

void Mutex_example (void)
{ 
    osThreadAttr_t attr;  

    attr.attr_bits = 0U;
    attr.cb_mem = NULL;
    attr.cb_size = 0U;
    attr.stack_mem = NULL;
    attr.stack_size = 1024*4;
    
    attr.name = "HighPrioThread";
    attr.priority = 24;
    if (osThreadNew((osThreadFunc_t)HighPrioThread, NULL, &attr) == NULL) 
    {
        printf("Falied to create HighPrioThread!\n");
    }
    attr.name = "MidPrioThread";
    attr.priority = 25;
    if (osThreadNew((osThreadFunc_t)MidPrioThread, NULL, &attr) == NULL) 
    {
        printf("Falied to create MidPrioThread!\n");
    }
    attr.name = "LowPrioThread";
    attr.priority = 26;
    if (osThreadNew((osThreadFunc_t)LowPrioThread, NULL, &attr) == NULL) 
    {
        printf("Falied to create LowPrioThread!\n");
    }
    mutex_id = osMutexNew(NULL);  
    if (mutex_id == NULL) 
    {
        printf("Falied to create Mutex!\n");
    }
}

示例代码编译烧录代码后按下开发板的RESET按键通过串口助手查看日志中优先级任务一直正常运行而高优先级和低优先级的任务因为互相抢占互斥锁交替运行。

LowPrioThread is runing.
MidPrioThread is runing.
MidPrioThread is runing.
MidPrioThread is runing.
HighPrioThread is runing.
MidPrioThread is runing.
MidPrioThread is runing.
MidPrioThread is runing.
LowPrioThread is runing.
MidPrioThread is runing.
MidPrioThread is runing.
MidPrioThread is runing.
HighPrioThread is runing.
MidPrioThread is runing.
MidPrioThread is runing.
MidPrioThread is runing

---

• 由 Leung 写于 2021 年 7 月 11 日

• 参考【鸿蒙2.0设备开发教程】小熊派HarmonyOS 鸿蒙·季 开发教程
　　　　小熊派华为物联网操作系统LiteOS内核教程05-互斥锁