TencentOS tiny互斥鎖的原理以及實(shí)例用法

發(fā)布時(shí)間：2021-09-04 09:32:52 來(lái)源：億速云閱讀：111 作者：chen 欄目：互聯(lián)網(wǎng)科技

這篇文章主要介紹“TencentOS tiny互斥鎖的原理以及實(shí)例用法”，在日常操作中，相信很多人在TencentOS tiny互斥鎖的原理以及實(shí)例用法問(wèn)題上存在疑惑，小編查閱了各式資料，整理出簡(jiǎn)單好用的操作方法，希望對(duì)大家解答”TencentOS tiny互斥鎖的原理以及實(shí)例用法”的疑惑有所幫助！接下來(lái)，請(qǐng)跟著小編一起來(lái)學(xué)習(xí)吧！

互斥鎖

互斥鎖又稱互斥互斥鎖，是一種特殊的信號(hào)量，它和信號(hào)量不同的是，它具有互斥鎖所有權(quán)、遞歸訪問(wèn)以及優(yōu)先級(jí)繼承等特性，在操作系統(tǒng)中常用于對(duì)臨界資源的獨(dú)占式處理。在任意時(shí)刻互斥鎖的狀態(tài)只有兩種，開(kāi)鎖或閉鎖，當(dāng)互斥鎖被任務(wù)持有時(shí)，該互斥鎖處于閉鎖狀態(tài)，當(dāng)該任務(wù)釋放互斥鎖時(shí)，該互斥鎖處于開(kāi)鎖狀態(tài)。

一個(gè)任務(wù)持有互斥鎖就表示它擁有互斥鎖的所有權(quán)，只有該任務(wù)才能釋放互斥鎖，同時(shí)其他任務(wù)將不能持有該互斥鎖，這就是互斥鎖的所有權(quán)特性。
當(dāng)持有互斥鎖的任務(wù)再次獲取互斥鎖時(shí)不會(huì)被掛起，而是能遞歸獲取，這就是互斥鎖的遞歸訪問(wèn)特性。這個(gè)特性與一般的信號(hào)量有很大的不同，在信號(hào)量中，由于已經(jīng)不存在可用的信號(hào)量，任務(wù)遞歸獲取信號(hào)量時(shí)會(huì)發(fā)生掛起任務(wù)最終形成死鎖。
互斥鎖還擁有優(yōu)先級(jí)繼承機(jī)制，它可以將低優(yōu)先級(jí)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)臨時(shí)提升到與獲取互斥鎖的高優(yōu)先級(jí)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)相同，盡可能降低優(yōu)先級(jí)翻轉(zhuǎn)的危害。

在實(shí)際應(yīng)用中，如果想要實(shí)現(xiàn)同步功能，可以使用信號(hào)量，雖然互斥鎖也可以用于任務(wù)與任務(wù)間的同步，但互斥鎖更多的是用于臨界資源的互斥訪問(wèn)。

使用互斥鎖對(duì)臨界資源保護(hù)時(shí)，任務(wù)必須先獲取互斥鎖以獲得訪問(wèn)該資源的所有權(quán)，當(dāng)任務(wù)使用資源后，必須釋放互斥鎖以便其他任務(wù)可以訪問(wèn)該資源（而使用信號(hào)量保護(hù)臨界資源時(shí)則可能發(fā)生優(yōu)先級(jí)翻轉(zhuǎn)，且危害是不可控的）。

優(yōu)先級(jí)翻轉(zhuǎn)

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是高優(yōu)先級(jí)任務(wù)在等待低優(yōu)先級(jí)任務(wù)執(zhí)行完畢，這已經(jīng)違背了操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)初衷（搶占式調(diào)度）。

為什么會(huì)發(fā)生優(yōu)先級(jí)翻轉(zhuǎn)？

當(dāng)系統(tǒng)中某個(gè)臨界資源受到一個(gè)互斥鎖保護(hù)時(shí)，任務(wù)訪問(wèn)該資源時(shí)需要獲得互斥鎖，如果這個(gè)資源正在被一個(gè)低優(yōu)先級(jí)任務(wù)使用，此時(shí)互斥鎖處于閉鎖狀態(tài)；如果此時(shí)一個(gè)高優(yōu)先級(jí)任務(wù)想要訪問(wèn)該資源，那么高優(yōu)先級(jí)任務(wù)會(huì)因?yàn)楂@取不到互斥鎖而進(jìn)入阻塞態(tài)，此時(shí)就形成高優(yōu)先級(jí)任務(wù)在等待低優(yōu)先級(jí)任務(wù)運(yùn)行（等待它釋放互斥鎖）。

優(yōu)先級(jí)翻轉(zhuǎn)是會(huì)產(chǎn)生危害的，在一開(kāi)始設(shè)計(jì)系統(tǒng)的時(shí)候，就已經(jīng)指定任務(wù)的優(yōu)先級(jí)，越重要的任務(wù)優(yōu)先級(jí)越高，但是發(fā)生優(yōu)先級(jí)翻轉(zhuǎn)后，高優(yōu)先級(jí)任務(wù)在等待低優(yōu)先級(jí)任務(wù)，這就有可能讓高優(yōu)先級(jí)任務(wù)得不到有效的處理，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。

優(yōu)先級(jí)翻轉(zhuǎn)的危害是不可控的，因?yàn)榈蛢?yōu)先級(jí)任務(wù)很可能會(huì)被系統(tǒng)中其他中間優(yōu)先級(jí)任務(wù)（低優(yōu)先級(jí)與高優(yōu)先級(jí)任務(wù)之間的優(yōu)先級(jí)任務(wù)）搶占，這就有可能導(dǎo)致高優(yōu)先級(jí)任務(wù)將等待所有中間優(yōu)先級(jí)任務(wù)運(yùn)行完畢的情況，這種情況對(duì)高優(yōu)先級(jí)任務(wù)來(lái)說(shuō)是不可接受的，也是違背了操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則。

優(yōu)先級(jí)繼承

在TencentOS tiny 中為了降低優(yōu)先級(jí)翻轉(zhuǎn)產(chǎn)生的危害使用了優(yōu)先級(jí)繼承算法：暫時(shí)提高占有某種臨界資源的低優(yōu)先級(jí)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)，使之與在所有等待該資源的任務(wù)中，優(yōu)先級(jí)最高的任務(wù)優(yōu)先級(jí)相等，而當(dāng)這個(gè)低優(yōu)先級(jí)任務(wù)執(zhí)行完畢釋放該資源時(shí)，優(yōu)先級(jí)恢復(fù)初始設(shè)定值（此處可以看作是低優(yōu)先級(jí)任務(wù)臨時(shí)繼承了高優(yōu)先級(jí)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)）。因此，繼承優(yōu)先級(jí)的任務(wù)避免了系統(tǒng)資源被任何中間優(yōu)先級(jí)任務(wù)搶占?；コ怄i的優(yōu)先級(jí)繼承機(jī)制，它確保高優(yōu)先級(jí)任務(wù)進(jìn)入阻塞狀態(tài)的時(shí)間盡可能短，以及將已經(jīng)出現(xiàn)的“優(yōu)先級(jí)翻轉(zhuǎn)”危害降低到最小，但不能消除優(yōu)先級(jí)翻轉(zhuǎn)帶來(lái)的危害。

值得一提的是TencentOS tiny 在持有互斥鎖時(shí)還允許調(diào)用修改任務(wù)優(yōu)先級(jí)的API接口。

互斥鎖的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

互斥鎖控制塊

TencentOS tiny 通過(guò)互斥鎖控制塊操作互斥鎖，其數(shù)據(jù)類型為k_mutex_t，互斥鎖控制塊由多個(gè)元素組成。

pend_obj有點(diǎn)類似于面向?qū)ο蟮睦^承，繼承一些屬性，里面有描述內(nèi)核資源的類型（如互斥鎖、隊(duì)列、互斥量等，同時(shí)還有一個(gè)等待列表list）。
pend_nesting實(shí)際上是一個(gè)uint8_t類型的變量，記錄互斥鎖被獲取的次數(shù)，如果pend_nesting為0則表示開(kāi)鎖狀態(tài)，不為0則表示閉鎖狀態(tài)，且它的值記錄了互斥量被獲取的次數(shù)（擁有遞歸訪問(wèn)特性）
*owner是任務(wù)控制塊指針，記錄當(dāng)前互斥鎖被哪個(gè)任務(wù)持有。
owner_orig_prio變量記錄了持有互斥鎖任務(wù)的優(yōu)先級(jí)，因?yàn)橛锌赡馨l(fā)生優(yōu)先級(jí)繼承機(jī)制而臨時(shí)改變?nèi)蝿?wù)的優(yōu)先級(jí)。（擁有優(yōu)先級(jí)繼承機(jī)制）。
owner_list是一個(gè)列表節(jié)點(diǎn)，當(dāng)互斥鎖被任務(wù)獲取時(shí)，該節(jié)點(diǎn)會(huì)被添加到任務(wù)控制塊的task->mutex_own_list列表中，表示任務(wù)自己獲取到的互斥鎖有哪些。當(dāng)互斥鎖被完全釋放時(shí)（pend_nesting等于0），該節(jié)點(diǎn)將從任務(wù)控制塊的task->mutex_own_list列表中移除。
prio_pending變量比較有意思：在一般的操作系統(tǒng)中，任務(wù)在持有互斥鎖時(shí)不允許修改優(yōu)先級(jí)，但在TencentOS tiny 中是允許的，就是因?yàn)檫@個(gè)變量，當(dāng)一個(gè)任務(wù)處于互斥鎖優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)的時(shí)候，我假設(shè)他因?yàn)閮?yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)優(yōu)先級(jí)得到了提升，此時(shí)有用戶企圖改變這個(gè)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)，但這個(gè)更改后的優(yōu)先級(jí)會(huì)使此任務(wù)違背其優(yōu)先級(jí)必須比所有等待他所持有的互斥鎖的任務(wù)還高的原則時(shí)，此時(shí)需要將用戶的這次優(yōu)先級(jí)更改請(qǐng)求記錄到prio_pending里，待其釋放其所持有的互斥鎖后再更改，相當(dāng)于將任務(wù)優(yōu)先級(jí)的更改延后了。

舉個(gè)例子：好比一個(gè)任務(wù)優(yōu)先級(jí)是10，且持有一把鎖，此時(shí)一個(gè)優(yōu)先級(jí)為6的任務(wù)嘗試獲取這把鎖，那么此任務(wù)優(yōu)先級(jí)會(huì)被提升為6，如果此時(shí)用戶試圖更改他的優(yōu)先級(jí)為7，那么不能立刻響應(yīng)這次請(qǐng)求，必須要等這把鎖放掉的時(shí)候才能做真正的優(yōu)先級(jí)修改

typedef struct k_mutex_st {
    pend_obj_t      pend_obj;
    k_nesting_t     pend_nesting;
    k_task_t       *owner;
    k_prio_t        owner_orig_prio;
    k_list_t        owner_list;
} k_mutex_t;

typedef struct k_task_st {
#if TOS_CFG_MUTEX_EN > 0u
    k_list_t            mutex_own_list;     /**< 任務(wù)擁有的互斥量 */
    k_prio_t            prio_pending;       /*< 在持有互斥鎖時(shí)修改任務(wù)優(yōu)先級(jí)將被記錄到這個(gè)變量中，在釋放持有的互斥鎖時(shí)再更改 */
#endif
} k_task_t;

與互斥鎖相關(guān)的宏定義

在tos_config.h中，使能互斥鎖的宏定義是TOS_CFG_MUTEX_EN

#define TOS_CFG_MUTEX_EN            1u

創(chuàng)建互斥鎖

系統(tǒng)中每個(gè)互斥鎖都有對(duì)應(yīng)的互斥鎖控制塊，互斥鎖控制塊中包含了互斥鎖的所有信息，比如它的等待列表、它的資源類型，以及它的互斥鎖值，那么可以想象一下，創(chuàng)建互斥鎖的本質(zhì)是不是就是對(duì)互斥鎖控制塊進(jìn)行初始化呢？很顯然就是這樣子的。因?yàn)樵诤罄m(xù)對(duì)互斥鎖的操作都是通過(guò)互斥鎖控制塊來(lái)操作的，如果控制塊沒(méi)有信息，那怎么能操作嘛~

創(chuàng)建互斥鎖函數(shù)是tos_mutex_create()，傳入一個(gè)互斥鎖控制塊的指針*mutex即可。

互斥鎖的創(chuàng)建實(shí)際上就是調(diào)用pend_object_init()函數(shù)將互斥鎖控制塊中的mutex->pend_obj成員變量進(jìn)行初始化，它的資源類型被標(biāo)識(shí)為PEND_TYPE_MUTEX。然后將mutex->pend_nesting成員變量設(shè)置為0，表示互斥鎖處于開(kāi)鎖狀態(tài)；將mutex->owner成員變量設(shè)置為K_NULL，表示此事并無(wú)任務(wù)持有互斥鎖；將mutex->owner_orig_prio成員變量設(shè)置為默認(rèn)值K_TASK_PRIO_INVALID，畢竟此事沒(méi)有任務(wù)持有互斥鎖，也無(wú)需記錄持有互斥鎖任務(wù)的優(yōu)先級(jí)。最終調(diào)用tos_list_init()函數(shù)將互斥鎖的持有互斥鎖任務(wù)的列表節(jié)點(diǎn)owner_list。

__API__ k_err_t tos_mutex_create(k_mutex_t *mutex)
{
    TOS_PTR_SANITY_CHECK(mutex);

    pend_object_init(&mutex->pend_obj, PEND_TYPE_MUTEX);
    mutex->pend_nesting     = (k_nesting_t)0u;
    mutex->owner            = K_NULL;
    mutex->owner_orig_prio  = K_TASK_PRIO_INVALID;
    tos_list_init(&mutex->owner_list);

    return K_ERR_NONE;
}

銷毀互斥鎖

互斥鎖銷毀函數(shù)是根據(jù)互斥鎖控制塊直接銷毀的，銷毀之后互斥鎖的所有信息都會(huì)被清除，而且不能再次使用這個(gè)互斥鎖，當(dāng)互斥鎖被銷毀時(shí)，其等待列表中存在任務(wù)，系統(tǒng)有必要將這些等待這些任務(wù)喚醒，并告知任務(wù)互斥鎖已經(jīng)被銷毀了PEND_STATE_DESTROY。然后產(chǎn)生一次任務(wù)調(diào)度以切換到最高優(yōu)先級(jí)任務(wù)執(zhí)行。

TencentOS tiny 對(duì)互斥鎖銷毀的處理流程如下：

調(diào)用pend_is_nopending()函數(shù)判斷一下是否有任務(wù)在等待互斥鎖
如果有則調(diào)用pend_wakeup_all()函數(shù)將這些任務(wù)喚醒，并且告知等待任務(wù)互斥鎖已經(jīng)被銷毀了（即設(shè)置任務(wù)控制塊中的等待狀態(tài)成員變量pend_state為PEND_STATE_DESTROY）。
調(diào)用pend_object_deinit()函數(shù)將互斥鎖控制塊中的內(nèi)容清除，最主要的是將控制塊中的資源類型設(shè)置為PEND_TYPE_NONE，這樣子就無(wú)法使用這個(gè)互斥鎖了。
將mutex->pend_nesting成員變量恢復(fù)為默認(rèn)值0。
如果刪除的時(shí)候有任務(wù)持有互斥鎖，那么調(diào)用mutex_old_owner_release()函數(shù)將互斥鎖釋放。
進(jìn)行任務(wù)調(diào)度knl_sched()

注意：如果互斥鎖控制塊的RAM是由編譯器靜態(tài)分配的，所以即使是銷毀了互斥鎖，這個(gè)內(nèi)存也是沒(méi)辦法釋放的。當(dāng)然你也可以使用動(dòng)態(tài)內(nèi)存為互斥鎖控制塊分配內(nèi)存，只不過(guò)在銷毀后要將這個(gè)內(nèi)存釋放掉，避免內(nèi)存泄漏。

__API__ k_err_t tos_mutex_destroy(k_mutex_t *mutex)
{
    TOS_CPU_CPSR_ALLOC();

    TOS_PTR_SANITY_CHECK(mutex);

#if TOS_CFG_OBJECT_VERIFY_EN > 0u
    if (!pend_object_verify(&mutex->pend_obj, PEND_TYPE_MUTEX)) {
        return K_ERR_OBJ_INVALID;
    }
#endif

    TOS_CPU_INT_DISABLE();

    if (!pend_is_nopending(&mutex->pend_obj)) {
        pend_wakeup_all(&mutex->pend_obj, PEND_STATE_DESTROY);
    }

    pend_object_deinit(&mutex->pend_obj);
    mutex->pend_nesting = (k_nesting_t)0u;

    if (mutex->owner) {
        mutex_old_owner_release(mutex);
    }

    TOS_CPU_INT_ENABLE();
    knl_sched();

    return K_ERR_NONE;
}

獲取互斥鎖

tos_mutex_pend_timed()函數(shù)用于獲取互斥鎖，互斥鎖就像是臨界資源的令牌，任務(wù)只有獲取到互斥鎖時(shí)才能訪問(wèn)臨界資源。當(dāng)且僅當(dāng)互斥鎖處于開(kāi)鎖的狀態(tài)，任務(wù)才能獲取互斥鎖成功，當(dāng)任務(wù)持有了某個(gè)互斥鎖的時(shí)候，其它任務(wù)就無(wú)法獲取這個(gè)互斥鎖，需要等到持有互斥鎖的任務(wù)進(jìn)行釋放后，其他任務(wù)才能獲取成功，任務(wù)通過(guò)互斥鎖獲取函數(shù)來(lái)獲取互斥鎖的所有權(quán)，任務(wù)對(duì)互斥鎖的所有權(quán)是獨(dú)占的，任意時(shí)刻互斥鎖只能被一個(gè)任務(wù)持有，如果互斥鎖處于開(kāi)鎖狀態(tài)，那么獲取該互斥鎖的任務(wù)將成功獲得該互斥鎖，并擁有互斥鎖的使用權(quán)；如果互斥鎖處于閉鎖狀態(tài)，獲取該互斥鎖的任務(wù)將無(wú)法獲得互斥鎖，任務(wù)將可能被阻塞，也可能立即返回，阻塞時(shí)間timeout由用戶指定，在指定時(shí)間還無(wú)法獲取到互斥鎖時(shí)，將發(fā)送超時(shí)，等待任務(wù)將自動(dòng)恢復(fù)為就緒態(tài)。在任務(wù)被阻塞之前，會(huì)進(jìn)行優(yōu)先級(jí)繼承，如果當(dāng)前任務(wù)優(yōu)先級(jí)比持有互斥鎖的任務(wù)優(yōu)先級(jí)高，那么將會(huì)臨時(shí)提升持有互斥鎖任務(wù)的優(yōu)先級(jí)。

TencentOS tiny 提供兩組API接口用于獲取互斥鎖，分別是tos_mutex_pend_timed()和tos_mutex_pend()，主要的差別是參數(shù)不同：可選阻塞與永久阻塞獲取互斥鎖，實(shí)際獲取的過(guò)程都是一樣的。獲取互斥鎖的過(guò)程如下：

首先檢測(cè)傳入的參數(shù)是否正確，此處不僅會(huì)檢查互斥鎖控制塊的信息，還會(huì)調(diào)用TOS_IN_IRQ_CHECK()檢查上下文是否處于中斷中，因?yàn)榛コ怄i的操作是不允許在中斷中進(jìn)行的。
判斷互斥鎖控制塊中的mutex->pend_nesting成員變量是否為0，為0表示互斥鎖處于開(kāi)鎖狀態(tài)，調(diào)用mutex_fresh_owner_mark()函數(shù)將獲取互斥鎖任務(wù)的相關(guān)信息保存到互斥鎖控制塊中，如mutex->pend_nesting成員變量的值變?yōu)?code>1表示互斥鎖處于閉鎖狀態(tài)，其他任務(wù)無(wú)法獲取，mutex->owner成員變量指向當(dāng)前獲取互斥鎖的任務(wù)控制塊，mutex->owner_orig_prio成員變量則是記錄當(dāng)前任務(wù)的優(yōu)先級(jí)，最終使用tos_list_add()函數(shù)將互斥鎖控制塊的mutex->owner_list節(jié)點(diǎn)掛載到任務(wù)控制塊的task->mutex_own_list列表中，任務(wù)獲取成功后返回K_ERR_NONE。
如果互斥鎖控制塊中的mutex->pend_nesting成員變量不為0，則表示互斥鎖處于閉鎖狀態(tài)，那么由于互斥鎖具有遞歸訪問(wèn)特性，那么會(huì)判斷一下是不是已經(jīng)持有互斥鎖的任務(wù)再次獲取互斥鎖（knl_is_self()），因?yàn)檫@也是允許的，判斷一下mutex->pend_nesting 成員變量的值是否為(k_nesting_t)-1，如果是則表示遞歸訪問(wèn)次數(shù)達(dá)到最大值，互斥鎖已經(jīng)溢出了，返回錯(cuò)誤代碼K_ERR_MUTEX_NESTING_OVERFLOW。否則就將mutex->pend_nesting成員變量的值加1，返回K_ERR_MUTEX_NESTING表示遞歸獲取成功。
如果互斥鎖處于閉鎖狀態(tài)，且當(dāng)前任務(wù)并未持有互斥鎖，看一下用戶指定的阻塞時(shí)間timeout是否為不阻塞TOS_TIME_NOWAIT，如果不阻塞則直接返回K_ERR_PEND_NOWAIT錯(cuò)誤代碼。
如果調(diào)度器被鎖了knl_is_sched_locked()，則無(wú)法進(jìn)行等待操作，返回錯(cuò)誤代碼K_ERR_PEND_SCHED_LOCKED，畢竟需要切換任務(wù)，調(diào)度器被鎖則無(wú)法切換任務(wù)。
最最最最重要的特性來(lái)了，在阻塞當(dāng)前任務(wù)之前，需要判斷一下當(dāng)前任務(wù)與持有互斥鎖的任務(wù)優(yōu)先級(jí)大小情況，如果當(dāng)前任務(wù)優(yōu)先級(jí)比持有互斥鎖任務(wù)優(yōu)先級(jí)大，則需要進(jìn)行優(yōu)先級(jí)繼承，臨時(shí)將持有互斥鎖任務(wù)的優(yōu)先級(jí)提升到當(dāng)前優(yōu)先級(jí)，通過(guò)tos_task_prio_change()函數(shù)進(jìn)行改變優(yōu)先級(jí)。
調(diào)用pend_task_block()函數(shù)將任務(wù)阻塞，該函數(shù)實(shí)際上就是將任務(wù)從就緒列表中移除k_rdyq.task_list_head[task_prio]，并且插入到等待列表中object->list，如果等待的時(shí)間不是永久等待TOS_TIME_FOREVER，還會(huì)將任務(wù)插入時(shí)間列表中k_tick_list，阻塞時(shí)間為timeout，然后進(jìn)行一次任務(wù)調(diào)度knl_sched()。
當(dāng)程序能行到pend_state2errno()時(shí)，則表示任務(wù)等獲取到互斥鎖，又或者等待發(fā)生了超時(shí)，那么就調(diào)用pend_state2errno()函數(shù)獲取一下任務(wù)的等待狀態(tài)，看一下是哪種情況導(dǎo)致任務(wù)恢復(fù)運(yùn)行，如果任務(wù)已經(jīng)獲取到互斥鎖，那么需要調(diào)用mutex_new_owner_mark()函數(shù)標(biāo)記一下獲取任務(wù)的信息，將獲取互斥鎖任務(wù)的相關(guān)信息保存到互斥鎖控制塊中。

注意：當(dāng)獲取互斥鎖的任務(wù)能從阻塞中恢復(fù)運(yùn)行，也不一定是獲取到互斥鎖，也可能是發(fā)生了超時(shí)，因此在寫(xiě)程序的時(shí)候必須要判斷一下獲取的互斥鎖狀態(tài)，如果返回值是K_ERR_NONE與K_ERR_MUTEX_NESTING則表示獲取成功！

__API__ k_err_t tos_mutex_pend_timed(k_mutex_t *mutex, k_tick_t timeout)
{
    TOS_CPU_CPSR_ALLOC();
    k_err_t err;

    TOS_PTR_SANITY_CHECK(mutex);
    TOS_IN_IRQ_CHECK();

#if TOS_CFG_OBJECT_VERIFY_EN > 0u
    if (!pend_object_verify(&mutex->pend_obj, PEND_TYPE_MUTEX)) {
        return K_ERR_OBJ_INVALID;
    }
#endif

    TOS_CPU_INT_DISABLE();
    if (mutex->pend_nesting == (k_nesting_t)0u) { // first come
        mutex_fresh_owner_mark(mutex, k_curr_task);
        TOS_CPU_INT_ENABLE();
        return K_ERR_NONE;
    }

    if (knl_is_self(mutex->owner)) { // come again
        if (mutex->pend_nesting == (k_nesting_t)-1) {
            TOS_CPU_INT_ENABLE();
            return K_ERR_MUTEX_NESTING_OVERFLOW;
        }
        ++mutex->pend_nesting;
        TOS_CPU_INT_ENABLE();
        return K_ERR_MUTEX_NESTING;
    }

    if (timeout == TOS_TIME_NOWAIT) { // no wait, return immediately
        TOS_CPU_INT_ENABLE();
        return K_ERR_PEND_NOWAIT;
    }

    if (knl_is_sched_locked()) {
        TOS_CPU_INT_ENABLE();
        return K_ERR_PEND_SCHED_LOCKED;
    }

    if (mutex->owner->prio > k_curr_task->prio) {
        // PRIORITY INVERSION:
        // we are declaring a mutex, which's owner has a lower(numerically bigger) priority.
        // make owner the same priority with us.
        tos_task_prio_change(mutex->owner, k_curr_task->prio);
    }

    pend_task_block(k_curr_task, &mutex->pend_obj, timeout);

    TOS_CPU_INT_ENABLE();
    knl_sched();

    err = pend_state2errno(k_curr_task->pend_state);

    if (err == K_ERR_NONE) {
        // good, we are the owner now.
        TOS_CPU_INT_DISABLE();
        mutex_new_owner_mark(mutex, k_curr_task);
        TOS_CPU_INT_ENABLE();
    }

    return err;
}

__API__ k_err_t tos_mutex_pend(k_mutex_t *mutex)
{
    TOS_PTR_SANITY_CHECK(mutex);

    return tos_mutex_pend_timed(mutex, TOS_TIME_FOREVER);
}

mutex_fresh_owner_mark與mutex_new_owner_mark()函數(shù)的實(shí)現(xiàn)：

__STATIC_INLINE__ void mutex_fresh_owner_mark(k_mutex_t *mutex, k_task_t *task)
{
    mutex->pend_nesting     = (k_nesting_t)1u;
    mutex->owner            = task;
    mutex->owner_orig_prio  = task->prio;

    tos_list_add(&mutex->owner_list, &task->mutex_own_list);
}

__STATIC_INLINE__ void mutex_new_owner_mark(k_mutex_t *mutex, k_task_t *task)
{
    k_prio_t highest_pending_prio;

    mutex_fresh_owner_mark(mutex, task);

    // we own the mutex now, make sure our priority is higher than any one in the pend list.
    highest_pending_prio = pend_highest_prio_get(&mutex->pend_obj);
    if (task->prio > highest_pending_prio) {
        tos_task_prio_change(task, highest_pending_prio);
    }
}

釋放互斥鎖

互斥鎖的釋放是不允許在中斷中釋放的，主要的原因是因?yàn)橹袛嘀袥](méi)有上下文的概念，所以中斷上下文不能持有，也不能釋放互斥鎖；互斥鎖有所屬關(guān)系，只有持有互斥鎖的任務(wù)才能將互斥鎖釋放，而持有者是任務(wù)。

任務(wù)想要訪問(wèn)某個(gè)資源的時(shí)候，需要先獲取互斥鎖，然后進(jìn)行資源訪問(wèn)，在任務(wù)使用完該資源的時(shí)候，必須要及時(shí)釋放互斥鎖，這樣別的任務(wù)才能訪問(wèn)臨界資源。任務(wù)可以調(diào)用tos_mutex_post()函數(shù)進(jìn)行釋放互斥鎖，當(dāng)互斥鎖處于開(kāi)鎖狀態(tài)時(shí)就表示我已經(jīng)用完了，別人可以獲取互斥鎖以訪問(wèn)臨界資源。

使用tos_mutex_post()函數(shù)接口時(shí)，只有已持有互斥鎖所有權(quán)的任務(wù)才能釋放它，當(dāng)任務(wù)調(diào)用tos_mutex_post()函數(shù)時(shí)會(huì)將互斥鎖釋放一次，當(dāng)互斥鎖完全釋放完畢（mutex->pend_nesting成員變量的值為0）就變?yōu)殚_(kāi)鎖狀態(tài)，等待獲取該互斥鎖的任務(wù)將被喚醒。如果任務(wù)的優(yōu)先級(jí)被互斥鎖的優(yōu)先級(jí)翻轉(zhuǎn)機(jī)制臨時(shí)提升，那么當(dāng)互斥鎖被釋放后，任務(wù)的優(yōu)先級(jí)將恢復(fù)為原本設(shè)定的優(yōu)先級(jí)。

TencentOS tiny 中可以只讓等待中的一個(gè)任務(wù)獲取到互斥鎖（在等待的任務(wù)中具有最高優(yōu)先級(jí)）。

在tos_mutex_post()函數(shù)中的處理也是非常簡(jiǎn)單明了的，其執(zhí)行思路如下：

首先進(jìn)行傳入的互斥鎖控制塊相關(guān)的參數(shù)檢測(cè)，然后判斷一下是否是持有互斥鎖的任務(wù)來(lái)釋放互斥鎖，如果是則進(jìn)行釋放操作，如果不是則返回錯(cuò)誤代碼K_ERR_MUTEX_NOT_OWNER。
將mutex->pend_nesting成員變量的值減1，然后判斷它的值是否為0，如果不為0則表示當(dāng)前任務(wù)還是持有互斥鎖的，也無(wú)需進(jìn)行后續(xù)的操作，直接返回K_ERR_MUTEX_NESTING。
如果mutex->pend_nesting成員變量的值為0，則表示互斥鎖處于開(kāi)鎖狀態(tài)，則需要調(diào)用mutex_old_owner_release()函數(shù)完全釋放掉互斥鎖，在這個(gè)函數(shù)中會(huì)將互斥鎖控制塊的成員變量（如owner_list、owner、owner_orig_prio等都設(shè)置為初始值），此外還有最重要的就是判斷一下任務(wù)是否發(fā)生過(guò)優(yōu)先級(jí)繼承，如果是則需要將任務(wù)恢復(fù)為原本的優(yōu)先級(jí)，否則就無(wú)效理會(huì)。
調(diào)用pend_is_nopending()函數(shù)判斷一下是否有任務(wù)在等待互斥鎖，如果沒(méi)有則返回K_ERR_NONE表示釋放互斥鎖成功，因?yàn)榇藭r(shí)沒(méi)有喚醒任務(wù)也就無(wú)需任務(wù)調(diào)度，直接返回即可。
如果有任務(wù)在等待互斥鎖，則直接調(diào)用pend_wakeup_one()函數(shù)喚醒一個(gè)等待任務(wù)，這個(gè)任務(wù)在等待任務(wù)中是處于最高優(yōu)先級(jí)的，因?yàn)?code>TencentOS tiny 的等待任務(wù)是按照優(yōu)先級(jí)進(jìn)行排序。
進(jìn)行一次任務(wù)調(diào)度knl_sched()。

__API__ k_err_t tos_mutex_post(k_mutex_t *mutex)
{
    TOS_CPU_CPSR_ALLOC();

    TOS_PTR_SANITY_CHECK(mutex);

#if TOS_CFG_OBJECT_VERIFY_EN > 0u
    if (!pend_object_verify(&mutex->pend_obj, PEND_TYPE_MUTEX)) {
        return K_ERR_OBJ_INVALID;
    }
#endif

    TOS_CPU_INT_DISABLE();
    if (!knl_is_self(mutex->owner)) {
        TOS_CPU_INT_ENABLE();
        return K_ERR_MUTEX_NOT_OWNER;
    }

    if (mutex->pend_nesting == (k_nesting_t)0u) {
        TOS_CPU_INT_ENABLE();
        return K_ERR_MUTEX_NESTING_OVERFLOW;
    }

    --mutex->pend_nesting;
    if (mutex->pend_nesting > (k_nesting_t)0u) {
        TOS_CPU_INT_ENABLE();
        return K_ERR_MUTEX_NESTING;
    }

    mutex_old_owner_release(mutex);

    if (pend_is_nopending(&mutex->pend_obj)) {
        TOS_CPU_INT_ENABLE();
        return K_ERR_NONE;
    }

    pend_wakeup_one(&mutex->pend_obj, PEND_STATE_POST);
    TOS_CPU_INT_ENABLE();
    knl_sched();

    return K_ERR_NONE;
}

持有互斥鎖的任務(wù)釋放互斥鎖mutex_old_owner_release()。

__STATIC_INLINE__ void mutex_old_owner_release(k_mutex_t *mutex)
{
    k_task_t *owner;

    owner = mutex->owner;

    tos_list_del(&mutex->owner_list);
    mutex->owner = K_NULL;

    // the right time comes! let's do it!
    if (owner->prio_pending != K_TASK_PRIO_INVALID) {
        tos_task_prio_change(owner, owner->prio_pending);
        owner->prio_pending = K_TASK_PRIO_INVALID;
    } else if (owner->prio != mutex->owner_orig_prio) {
        tos_task_prio_change(owner, mutex->owner_orig_prio);
        mutex->owner_orig_prio = K_TASK_PRIO_INVALID;
    }
}

到此，關(guān)于“TencentOS tiny互斥鎖的原理以及實(shí)例用法”的學(xué)習(xí)就結(jié)束了，希望能夠解決大家的疑惑。理論與實(shí)踐的搭配能更好的幫助大家學(xué)習(xí)，快去試試吧！若想繼續(xù)學(xué)習(xí)更多相關(guān)知識(shí)，請(qǐng)繼續(xù)關(guān)注億速云網(wǎng)站，小編會(huì)繼續(xù)努力為大家?guī)?lái)更多實(shí)用的文章！

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