使用互斥锁进行资源保护

实验目的:

互斥锁(mutex)又称互斥型信号量,是一种特殊的二值信号量,用于实现对共享资源的独占式处理。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。

本次任务我们将看见互斥锁通过优先级继承算法,解决了优先级翻转的问题。

实验代码:

1.首先打开上一篇的HelloWorld工程,基于此工程进行实验。
在Demo文件夹右击新建osal_kernel_demo文件夹,用于存放内核的实验文件:

2.在osal_kernel_demo文件夹中新建一个实验文件osal_mutex_demo.c文件,


开始编写代码:

/* 使用osal接口需要包含该头文件 */
#include <osal.h>

/* 任务优先级宏定义(shell任务的优先级为10) */
#define USER_TASK1_PRI  12  //低优先级
#define USER_TASK2_PRI  11  //高优先级

/* 共享资源 */
uint32_t public_value = 0;

/* 互斥锁索引ID */
osal_mutex_t public_value_mutex;

/* 任务task1入口函数 */
static int user_task1_entry()
{
    while(1)
    {
        /* 尝试获取互斥锁 */
        if(true == osal_mutex_lock(public_value_mutex))
        {
            /* 获取到互斥锁,对共享资源进行操作 */
            printf("\r\ntask1: lock a mutex.\r\n");
            public_value += 10;
            printf("task1: public_value = %ld.\r\n", public_value);

            /* 对共享资源操作完毕,释放互斥锁 */
            printf("task1: unlock a mutex.\r\n\r\n");
            osal_mutex_unlock(public_value_mutex);

            /* 满足条件则结束任务 */
            if(public_value > 100)
                break;
            
        }
    }

    /* while(1)会执行结束,所以需要返回值 */
    return 0;
}

/* 任务task2入口函数 */
static int user_task2_entry()
{
    while (1)
    {
        /* 尝试获取互斥锁 */
       if(true == osal_mutex_lock(public_value_mutex))
        {
            /* 获取到互斥锁,对共享资源进行操作 */
            printf("\r\ntask2: lock a mutex.\r\n");
            public_value += 5; 
            printf("task2: public_value = %ld.\r\n", public_value);

            /* 对共享资源操作完毕,释放互斥锁 */
            printf("task2: unlock a mutex.\r\n\r\n");
            osal_mutex_unlock(public_value_mutex);
            
            /* 满足条件则结束任务 */
            if(public_value > 90)
                break;
            /* 优先级较高,需要挂起一下,让task1获取到互斥锁,否则task2再次上锁,形成死锁 */
            osal_task_sleep(10);
        }
    }

    /* while(1)会执行结束,所以需要返回值 */
    return 0;
}

/* 标准demo启动函数,函数名不要修改,否则会影响下一步实验 */
int standard_app_demo_main()
{
    /* 创建互斥锁public_value_mutex */
    osal_mutex_create(&public_value_mutex);

    /* 创建任务task1 */
    osal_task_create("user_task1",user_task1_entry,NULL,0x400,NULL,USER_TASK1_PRI);

    /* 创建任务task2 */
    osal_task_create("user_task2",user_task2_entry,NULL,0x400,NULL,USER_TASK2_PRI);

    return 0;
}

3.编写完成之后,将osal_mutex_demo.c文件添加到makefile文件中,加入整个工程的编译:


添加方法:修改Demo文件夹下的user_demo.mk配置文件,在正确位置添加如下代码:

#example for osal_mutex_demo
ifeq ($(CONFIG_USER_DEMO), "osal_mutex_demo")   
    user_demo_src  = ${wildcard $(TOP_DIR)/targets/STM32L431_BearPi/Demos/osal_kernel_demo/osal_mutex_demo.c}
endif

4.在工程根目录下的.sdkconfig文件中的末尾配置CONFIG_USER_DEMO宏定义:


5.依次点击重新编译、烧录:

实验现象:

程序烧录之后,即可看到程序运行,在串口终端可看到实验的输出内容,内容如图:



可以看到,系统启动后,首先打印版本号,串口shell的优先级为10,最先打印shell信息,接下来task1先创建,但是优先级较低,所以后创建的task2抢占执行,task2获取到互斥锁,对共享资源进行操作,操作完毕解锁,然后主动挂起,task1获取到互斥锁,对共享资源进行另一个操作,操作完毕解锁,在task1操作的时候,task2早已挂起完毕,但是获取不到互斥锁,所以挂起等待,在task1解锁后,堵塞的task2被唤醒开始执行。

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