嵌入式操作系统内核原理和开发(互斥量)

发表于:2012-9-18 09:53

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 作者:feixiaoxing    来源:51Testing软件测试网采编

  今天下午打开邮箱,打开rawos作者给我发的邮件,甚是惊喜。感谢他对我的支持,因为自己阅读过很多os的代码,包括ucos、rtthread、vxWorks、linux等等,所以阅读rawos对于我来说不算特别辛苦的事情。除了某些细节之外,我对整个系统的设计还算得上是比较了解的,所以也打算把这个代码介绍给大家。能在现实的硬件中使用当然最好,如果没有这样的机会,也可以提高个人的认识水平,或者介绍给内部的团队成员,大家一起分析和学习也不失为一个很好的方法。

  闲话不多说,话题还是转到我们今天的主题上面,即互斥量。学过操作系统课程的朋友对这个词汇肯定不会很陌生。和信号量相比,互斥保护的资源一般是唯一的。也就是说,资源就一份,你占有了,我就没有办法占有;当然如果你释放了,此时我就有机会占有了。

  一切的一切看上去没有什么问题。但是,我们都知道在实时嵌入式系统当中,线程之间的调度是严格按照优先级来进行调度。比方说,优先级为10的任务必须比优先级为11的任务优先得到调度。那么,有同学会问了,那优先级为11的任务什么时候才能得到调度呢,其实这个要求还是蛮苛刻的。要想优先级为11的任务得到调度,此时必须没有优先级10的任务、或者任务pend到资源上了、或者自身delay、或者被人suspend了。否则,优先级为10的任务会这么一直运行下去。那,这和我们的互斥量有什么关系呢?请听我一一讲来。

  我们假设现在有两个任务都准备运行,分别人任务A、B,优先级依次是10、11。某一段时间后,优先级为10和优先级为11的任务都在尝试获取某个资源。本来按照优先级的先后顺序,优先级为10的任务应该率先获取资源,这都没问题。但是,假设在尝试获取资源前,优先级为10的任务开了个小差,sleep一会,那么这个时候优先级为11的任务就可以开始运行了。等到优先级为10的任务苏醒过来,想重新获取资源的时候,惊讶地发现资源早就被别人给占了。因为资源目前只有一份,所以它只好把自己pend到等待队列里面,慢慢等待好心人能快点把资源释放出来。一切的一切看上去没有什么问题,但是这却和实时系统设计的初衷是相违背的。前面我们规定高优先级的任务必须优先得到运行的机会,而目前这种情况和我们的设计原则是背道而驰的。

  当然这个问题很早就被大家发现了,大家也在尝试不同的方法来解决。目前使用的比较多的就是两种方法,一种是给互斥量设定一个优先级,另外一种就是对优先级进行继承处理。看上去是两种方法,其实目的只有一个,就是让那些占有互斥量的thread提高优先级,赶快运行结束,把资源还给后面真正需要的人。看上去一切解决得都很完美,但是大家有没有考虑过这样一个问题,如果线程连续占有多个互斥量,优先级又该怎么处理?如果pend的任务被修改了优先级该怎么处理?如果这两种方法一起被使用,那又该怎么处理?我想,这就是作者在后期对互斥量代码进行重构的原因吧。当然了,上面讨论的内容已经是比较深的了,大家可以看看早期互斥量是怎么设计的,慢慢来,这样才会对作者的设计意图更加了解一些。

  老规矩,我们首先看看互斥量是怎么设计的,

typedef struct RAW_MUTEX
  {
   RAW_COMMON_BLOCK_OBJECT       common_block_obj;
   RAW_U8                     count;
   
   /*ponit to occupy task*/
   RAW_TASK_OBJ   *occupy;
   /*occupy task original priority*/
   RAW_U8 occupy_original_priority;
  } RAW_MUTEX;

  看上去互斥量的东西多一点,其实也还可以,只要大家明白了互斥量处理逻辑再回头来看看这些东西的时候,认识就会更加深刻。我们看看,数据结构里面都有什么,

  (1)通用互斥结构,这在前面信号量的时候已经介绍过一遍;

  (2)计数,判断资源是否还在;

  (3)当前所属的任务;

  (4)该任务原来的优先级。

  说好了基本结构,我们看看互斥量的构造、申请、释放、删除函数是怎么设计的,首先当然还是初始化函数,

RAW_U16 raw_mutex_create(RAW_MUTEX *mutex_ptr, RAW_U8 *name_ptr)
  {
   #if (RAW_MUTEX_FUNCTION_CHECK > 0)
 
   if (mutex_ptr == 0)
    return RAW_NULL_OBJECT;
   
   #endif
 
   /*Init the list*/
   list_init(&mutex_ptr->common_block_obj.block_list);
   mutex_ptr->common_block_obj.block_way = 0;
   mutex_ptr->common_block_obj.name  =  name_ptr;
 
   /*No one occupy mutex yet*/
   mutex_ptr->occupy     = 0;
 
   /*resource is available at init state*/
   mutex_ptr->count   = 1;       
   mutex_ptr->occupy_original_priority =  0;
   
 
   return RAW_SUCCESS;
  }
 

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