mutex(互斥锁)不为人知的秘密

jorya_txj

mutex(互斥锁)不为人知的秘密 [复制链接]

读此篇文章之前必须事先已经理解了优先级反转，以及如何解决优先级反转的理念，不然下面理论无法理解。

先看一个例子，假设有task 1, task 2，task 3，优先级分别为5, 20, 25, 数字越小代表任务优先级越高。假设采用ucos 3的优先级继承的方式解决优先级反转。

下面的例子中涉及到的锁有mutex_1以及mutex_2。

void task1()

{

       mutex_1_get();                      (1)

       /*do something*/                   (2)

       mutex_1_free();                     (3)

}

void task2()

{

       mutex_1_get();                      (4)

       mutex_2_get();                      (5)

       /*do something*/                    (6)

       mutex_2_free();                      (7)

       mutex_1_free();                     (8)

}

void task3()

{

       mutex_2_get();                      (9)

       /*do something*/                    (10)

      mutex_2_free();                      (11)

}

假设task 1以及task 2处于等待事件状态，处于阻塞状态。task 3 会首先运行，当task 3运行到(10)处的时候，任务task2被中断唤醒，然后接着运行task2，task 2 在(4)处获得mutex_1, 当task 2运行到(5)处时因为得不到mutex_2会被阻塞，按照ucos 3理念，为了解决优先级反转，task 3的优先级被task2 从25拉升到20。task 2阻塞的时候，接着task1 被中断唤醒然后task 1 开始运行，当task1 运行到(1)处的时候因为得不到mutex_1所以会被阻塞，按照ucos 3理念，为了解决优先级反转，task2的优先级被task1 从20拉升到5。然后继续返回task3运行(10)处。

这个时候我们来分析一下各个任务的优先级情况，task 1 为5，task2为5， task 3为20。这一切貌似都天衣无缝，有的读者已经想到有点什么不对头了。task 3在(10)处继续运行的时候会被其他任意优先级为5-19的任务可以随便抢占，如果有一个task 4优先级为15，可以随时打断task 3 的运行，到时再返回task 3运行到(11)处的时候，task 1和task 2 的等的黄花菜都凉了，本质上这个还是一个优先级反转的问题。

目前的rtos大部分都存在此类问题，包括当家花旦ucos 3。那应该怎么解决问题呢?解决方式只有在task 1处因为得不到mutex_1会被阻塞的时候，task 1除了要拉升task 2的优先级为5还要拉升task 3 的优先级到5 !此处是关键！只有task 3 被拉升到优先级5了才能保证不被任意优先级为5-19的任务抢占，能够最快的让task 2以及task 1运行。

上面的例子使用raw-os能够复现此问题，而且能很好地解决这个问题。Ucos 3 的mutex锁还有更多的问题，此处省略1000字。

[ 本帖最后由 jorya_txj 于 2013-12-19 12:01 编辑 ]

leijiayou

顶。。。。    很不错

jorya_txj

文章改了几次。看懂的人还是不少的。

q86122808

好呢谢‘

sjtitr

楼主确实好文章。赞一个先。:carnation:

所以优先级和资源竞争的问题，更多的需要在设计上进行合理的规划，力求避免这样的问题发生。

话说回来，其实很多时候，优先级反转还是只算个理论问题，发生在理论研究下对于实际应用意义不是太大的场景。实际真实应用的时候，通常应选择禁止低优先级任务霸占高优先级的资源，从设计上绕开此问题，以避免反转的危机。
例如楼主的例子，Task2做了一件错事，那就是它先霸占了高优先级的资源，然后去请求低优先级的资源，真正应用时，至少应当把这个过程改正过来，这样Task3就不会卡住Task1了。如果确实因为某些原因必须用这样的顺序获取资源，那也需要通过一些设计来调整两个资源请求的耦合关系，避免因为低优先级的事件而耽误高优先级的任务。

教科书上经常引用诸如锅炉爆炸的事情说事，实际上锅炉从警戒压力到爆炸压力，一定不会是瞬间的事（给锅炉规定警戒压力时肯定要考虑这个问题，不会把警戒压力规定成比爆炸压力小一点点点的值），就是这样的时间差，往往要保证即使我们有一点点点的动作迟延，也不会有任何的危害。我们要做的就是，即使有优先级反转的问题，也要能够及时的自我恢复而不影响大局，这就是实时的意义，实时其实给你时间纠正错误，而不是完全不允许犯错。

最近看了好多宇宙旅行的电影……反倒是空间旅行的时候由于速度太快（谁知道怎么搞的），给你纠正错误的时间会很短暂，否则很容易就坐过站了，不知道能不能来得及纠正错误呢……

jorya_txj

楼上说的很对，99%的错误都是设计阶段引入的，引导用户正确的去设计基于rtos，是重中之重。

azhiking

谢谢分享~

wstt

很有价值的讨论

1a1a1a

xianxuexil

bobde163

看得一知半解，任务优先级的分配真的很重要哇

电子学习员

分析的真不错哦{:soso_e142:}