RTOS開發(fā)中的Mutex互斥鎖

在基于RTOS開發(fā)項(xiàng)目時(shí)，通常都會(huì)遇到互斥的情況，比如：幾個(gè)任務(wù)都要使用一個(gè)UART串口進(jìn)行發(fā)送數(shù)據(jù)。

如果不加互斥鎖，優(yōu)先級(jí)高的任務(wù)，會(huì)搶占串口并發(fā)送數(shù)據(jù)，則有可能會(huì)出現(xiàn)發(fā)送數(shù)據(jù)“亂碼”的情況。

今天就說(shuō)說(shuō)在RTOS開發(fā)中，互斥鎖一個(gè)常見的問(wèn)題。

什么是Mutex互斥鎖?

學(xué)習(xí)過(guò)RTOS的讀者應(yīng)該對(duì)互斥不陌生，互斥鎖就是為了避免任務(wù)之間互相搶占某種資源而設(shè)計(jì)的一種“鎖”。

就如上面說(shuō)的，一個(gè)串口，被兩個(gè)任務(wù)搶占，如果不加鎖，則會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)任務(wù)交叉發(fā)送數(shù)據(jù)，即“亂碼”;

但是，如果加了互斥鎖，則會(huì)等待其他任務(wù)發(fā)送完成之后才繼續(xù)發(fā)送，保證了數(shù)據(jù)的完整(而不是亂碼);

Mutex互斥鎖例子

這里以三個(gè)任務(wù)、兩個(gè)互斥鎖為例，代碼如下：

void task1(){  /*do something*/
  OSMutex1_Pend();  //互斥鎖1加鎖  /*加鎖處理事情*/  OSMutex1_Post();  //互斥鎖1解鎖}
void task2(){  /*do something*/  OSMutex1_Pend();  //互斥鎖1加鎖  OSMutex2_Pend();  //互斥鎖2加鎖  /*加鎖處理事情*/  OSMutex2_Post();  //互斥鎖2解鎖  OSMutex1_Post();  //互斥鎖1解鎖}
void task3(){  /*do something*/
  OSMutex2_Pend();  //互斥鎖2加鎖/*加鎖處理事情*/  OSMutex2_Post();  //互斥鎖1解鎖}

這樣設(shè)計(jì)，大家看出問(wèn)題了嗎?

老司機(jī)應(yīng)該看出來(lái)了，新手可能摸不著頭腦。

在任務(wù)2中，進(jìn)行了2次加鎖、解鎖，而且“環(huán)環(huán)相扣”。

Mutex互斥鎖問(wèn)題

假如任務(wù)1、 任務(wù)2、 任務(wù)3優(yōu)先級(jí)分別為：1、 2、 3。

優(yōu)先級(jí)順序就是：任務(wù)1 > 任務(wù)2 > 任務(wù)3(數(shù)字越小代表任務(wù)優(yōu)先級(jí)越高)。

假設(shè)：任務(wù)1和任務(wù)2處于等待事件狀態(tài)，也就是處于阻塞狀態(tài)， task 3 處于運(yùn)行狀態(tài)。

當(dāng)任務(wù)3在“加鎖處理事情”的時(shí)候，任務(wù)2搶占了任務(wù)3(任務(wù)2掛起時(shí)間到了)，此時(shí)任務(wù)3掛起，任務(wù)2處于運(yùn)行狀態(tài);

如果任務(wù)2在“互斥鎖1加鎖”之后，任務(wù)1搶占了任務(wù)2，此時(shí)，任務(wù)1處于運(yùn)行狀態(tài);

這個(gè)時(shí)候，你發(fā)現(xiàn)問(wèn)題了沒有?

任務(wù)1在執(zhí)行“OSMutex1_Pend();”會(huì)等待“互斥鎖1解鎖”，如果其他方式?jīng)]有對(duì)“互斥鎖1解鎖”，則會(huì)出現(xiàn)“死鎖”的情況。

分享一張圖片，你就會(huì)明白什么是死鎖了：

解決辦法

比如對(duì)任務(wù)2加鎖方式進(jìn)行改善：

void task2(){  /*do something*/  OSMutex1_Pend();  //互斥鎖1加鎖  /*do something*/  OSMutex1_Post();  //互斥鎖1解鎖
  OSMutex2_Pend();  //互斥鎖2加鎖  /*do something*/  OSMutex2_Post();  //互斥鎖1解鎖}

或者對(duì)低優(yōu)先級(jí)的任務(wù)3加鎖方式進(jìn)行改善：

void task3(){  /*do something*/
  OSMutex1_Pend();  //互斥鎖1加鎖  OSMutex2_Pend();  //互斥鎖2加鎖  /*加鎖處理事情*/  OSMutex2_Post();  //互斥鎖2解鎖  OSMutex1_Post();  //互斥鎖1解鎖}

出問(wèn)題的原因， 當(dāng)一個(gè)任務(wù)獲得了臨界區(qū)資源的鎖，在沒有釋放這個(gè)鎖的前提下又去獲得另外一塊臨界區(qū)資源，這個(gè)時(shí)候就要引起足夠的注意了，設(shè)計(jì)成敗在于你是否徹底理解了之前的問(wèn)題。

但是，歸根到底這樣的問(wèn)題還是要求用戶在設(shè)計(jì)階段去避免，一個(gè)系統(tǒng)不可能是萬(wàn)能的，正確的設(shè)計(jì)才是最重要的。

原文標(biāo)題：RTOS 任務(wù)間互斥的難題

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審核編輯：湯梓紅