1. 概述
1.1 基本概念
互斥锁又称互斥型信号量，是一种特殊的二值性信号量，用于实现对共享资源的独占式处理。
任意时刻互斥锁的状态只有两种，开锁或闭锁。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。
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。另外，互斥锁可以解决信号量存在的优先级翻转
问题。
Huawei LiteOS提供的互斥锁具有如下特点：
- 通过优先级继承算法，解决优先级翻转问题。
1.2 运作机制
1.2.1 互斥锁运作原理
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？
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。
1.3 开发指导
1.3.1 使用场景
互斥锁可以提供任务之间的互斥机制，用来防止两个任务在同一时刻访问相同的共享资源
1.3.2 功能
Huawei LiteOS 系统中的互斥锁模块为用户提供下面几种功能。
| 功能分类 | 接口名 | 描述 |
|---|---|---|
| 互斥锁的创建和删除 | LOS_MuxCreate | 创建互斥锁 |
| == | LOS_MuxDelete | 删除指定的互斥锁 |
| 互斥锁的申请和释放 | LOS_MuxPend | 申请指定的互斥锁 |
| == | LOS_MuxPost | 释放指定的互斥锁 |
1.3.3 开发流程
互斥锁典型场景的开发流程：
- 创建互斥锁LOS_MuxCreate。
- 申请互斥锁LOS_MuxPend。
申请模式有三种：无阻塞模式、永久阻塞模式、定时阻塞模式。
- 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
- 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最高者继续执行。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
- 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最高者继续执行。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
- 释放互斥锁LOS_MuxPost。
- 如果有任务阻塞于指定互斥锁，则唤醒最早被阻塞的任务，该任务进入就绪态，并进行任务调度；
- 如果没有任务阻塞于指定互斥锁，则互斥锁释放成功。
- 删除互斥锁LOS_MuxDelete。
1.3.4 互斥锁错误码
对互斥锁存在失败的可能性操作，包括互斥锁创建，互斥锁删除，互斥锁申请，互斥锁释放
| 序号 | 定义 | 实际数值 | 描述 | 参考解决方案 |
|---|---|---|---|---|
| 1 | LOS_ERRNO_MUX_NO_MEMORY | 0x02001d00 | 内存请求失败 | 减少互斥锁限制数量的上限 |
| 2 | LOS_ERRNO_MUX_INVALID | 0x02001d01 | 互斥锁不可用 | 传入有效的互斥锁的ID |
| 3 | LOS_ERRNO_MUX_PTR_NULL | 0x02001d02 | 入参为空 | 确保入参可用 |
| 4 | LOS_ERRNO_MUX_ALL_BUSY | 0x02001d03 | 没有互斥锁可用 | 增加互斥锁限制数量的上限 |
| 5 | LOS_ERRNO_MUX_UNAVAILABLE | 0x02001d04 | 锁失败，因为锁被其他线程使用 | 等待其他线程解锁或者设置等待时间 |
| 6 | LOS_ERRNO_MUX_PEND_INTERR | 0x02001d05 | 在中断中使用互斥锁 | 在中断中禁止调用此接口 |
| 7 | LOS_ERRNO_MUX_PEND_IN_LOCK | 0x02001d06 | 任务调度没有使能，线程等待另一个线程释放锁 | 设置PEND为非阻塞模式或者使能任务调度 |
| 8 | LOS_ERRNO_MUX_TIMEOUT | 0x02001d07 | 互斥锁PEND超时 | 增加等待时间或者设置一直等待模式 |
| 9 | LOS_ERRNO_MUX_OVERFLOW | 0x02001d08 | 暂未使用，待扩展 | 无 |
| 10 | LOS_ERRNO_MUX_PENDED | 0x02001d09 | 删除正在使用的锁 | 等待解锁再删除锁 |
| 11 | LOS_ERRNO_MUX_GET_COUNT_ERR | 0x02001d0a | 暂未使用，待扩展 | 无 |
| 12 | LOS_ERRNO_MUX_REG_ERROR | 0x02001d0b | 暂未使用，待扩展 | 无 |
错误码定义：错误码是一个32位的存储单元， 31~24位表示错误等级， 23~16位表示错误码标志， 15~8位代表错误码所属模块， 7~0位表示错误码序号，如下
#define LOS_ERRNO_OS_ERROR(MID, ERRNO)
(LOS_ERRTYPE_ERROR | LOS_ERRNO_OS_ID | ((UINT32)(MID) << 8) | (ERRNO))
LOS_ERRTYPE_ERROR： Define critical OS errors
LOS_ERRNO_OS_ID： OS error code flag
LOS_MOD_MUX： Mutex module ID
MID： OS_MOUDLE_ID
ERRNO： error ID number
例如：
LOS_ERRNO_MUX_TIMEOUT LOS_ERRNO_OS_ERROR(LOS_MOD_MUX, 0x07)
1.3.5 平台差异性
1.4 注意事项
- 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。
- 互斥锁不能在中断服务程序中使用。
- Huawei LiteOS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。
- 持有互斥锁的过程中，不得再调用LOS_TaskPriSet等接口更改持有互斥锁任务的优先级。
1.5 编程实例
1.5.1 实例描述
本实例实现如下流程。
- 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。
- Example_MutexTask2被调度，永久申请互斥锁，然后任务休眠100Tick，Example_MutexTask2挂起， Example_MutexTask1被唤醒。
- Example_MutexTask1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后未拿到互斥锁，Example_MutexTask1被唤醒，试图以永久等待申请互斥锁， Example_MutexTask1挂起。
- 100Tick后Example_MutexTask2唤醒， 释放互斥锁后， Example_MutexTask1被调度运行，最后释放互斥锁。
- Example_MutexTask1执行完， 300Tick后任务Example_TaskEntry被调度运行，删除互斥锁
1.5.2 编程示例
前提条件：
- 在los_config.h中，将OS_INCLUDE_MUX配置项打开。
- 配好OS_MUX_MAX_SUPPORT_NUM最大的互斥锁个数
代码实现如下：
#include "los_mux.h
#include "los_task.h"
/*互斥锁句柄ID*/
MUX_HANDLE_T g_Testmux01
/*任务PID*/
UINT32 g_TestTaskID01;
UINT32 g_TestTaskID02;
VOID Example_MutexTask1()
{
UINT32 uwRet;
printf("task1 try to get mutex, wait 10 Tick.
");
/*申请互斥锁*/
uwRet=LOS_MuxPend(g_Testmux01, 10);
if(uwRet == LOS_OK)
{
printf("task1 get mutex g_Testmux01.
");
/*释放互斥锁*/
LOS_MuxPost(g_Testmux01);
return;
}
else if(uwRet == LOS_ERRNO_MUX_TIMEOUT )
{
printf("task1 timeout and try to get mutex, wait forever.
");
/*申请互斥锁*/
uwRet = LOS_MuxPend(g_Testmux01, LOS_WAIT_FOREVER);
if(uwRet == LOS_OK)
{
printf("task1 wait forever,get mutex g_Testmux01.
");
/*释放互斥锁*/
LOS_MuxPost(g_Testmux01);
return;
}
}
return;
}
VOID Example_MutexTask2()
{
UINT32 uwRet;
printf("task2 try to get mutex, wait forever.
");
/*申请互斥锁*/
uwRet=LOS_MuxPend(g_Testmux01, LOS_WAIT_FOREVER);
printf("task2 get mutex g_Testmux01 and suspend 100 Tick.
");
/*任务休眠100 Tick*/
LOS_TaskDelay(100);
printf("task2 resumed and post the g_Testmux01
");
/*释放互斥锁*/
LOS_MuxPost(g_Testmux01);
return;
}
UINT32 Example_TaskEntry()
{
UINT32 uwRet;
TSK_INIT_PARAM_S stTask1;
TSK_INIT_PARAM_S stTask2;
/*创建互斥锁*/
LOS_MuxCreate(&g_Testmux01);
/*锁任务调度*/
LOS_TaskLock();
/*创建任务1*/
memset(&stTask1, 0, sizeof(TSK_INIT_PARAM_S));
stTask1.pfnTaskEntry = (TSK_ENTRY_FUNC)Example_MutexTask1;
stTask1.pcName = "MutexTsk1";
stTask1.uwStackSize = OS_TSK_DEFAULT_STACK_SIZE;
stTask1.usTaskPrio = 5;
uwRet = LOS_TaskCreate(&g_TestTaskID01, &stTask1);
if(uwRet != LOS_OK)
{
printf("task1 create failed .
");
return LOS_NOK;
}
/*创建任务2*/
memset(&stTask2, 0, sizeof(TSK_INIT_PARAM_S));
stTask2.pfnTaskEntry = (TSK_ENTRY_FUNC)Example_MutexTask2;
stTask2.pcName = "MutexTsk2";
stTask2.uwStackSize = OS_TSK_DEFAULT_STACK_SIZE;
stTask2.usTaskPrio = 4;
uwRet = LOS_TaskCreate(&g_TestTaskID02, &stTask2);
if(uwRet != LOS_OK)
{
printf("task2 create failed .
");
return LOS_NOK;
}
/*解锁任务调度*/
LOS_TaskUnlock();
/*任务休眠300 Tick*/
LOS_TaskDelay(300);
/*删除互斥锁*/
LOS_MuxDelete(g_Testmux01);
/*删除任务1*/
uwRet = LOS_TaskDelete(g_TestTaskID01);
if(uwRet != LOS_OK)
{
printf("task1 delete failed .
");
return LOS_NOK;
}
/*删除任务2*/
uwRet = LOS_TaskDelete(g_TestTaskID02);
if(uwRet != LOS_OK)
{
printf("task2 delete failed .
");
return LOS_NOK;
}
return LOS_OK;
}
1.5.3 结果验证
编译运行得到的结果为：
task2 try to get mutex, wait forever.
task2 get mutex g_Testmux01 and suspend 100 ticks.
task1 try to get mutex, wait 10 ticks.
task1 timeout and try to get mutex, wait forever.
task2 resumed and post the g_Testmux01
task1 wait forever,get mutex g_Testmux01