深度解析 LiteOS 互斥锁 Mutex 源代码，掌握多任务临界资源独占

2023-11-23 11:36:17

在多任务操作系统中，多个任务或线程可能同时访问共享资源，而其中一些资源是非共享的临界资源，只能被独占使用。为了防止任务或线程在访问临界资源时发生冲突，操作系统提供了互斥锁（Mutex）机制。互斥锁是一种特殊的二值性信号量，用于实现对临界资源的独占。

LiteOS 是一个开源、轻量级的物联网操作系统，它也提供了互斥锁机制。LiteOS 的互斥锁源代码位于 core/kernel/mutex.c 文件中。让我们来深入剖析这个源代码，了解 LiteOS 是如何实现互斥锁的。

1. 数据结构

LiteOS 的互斥锁数据结构非常简单，它只包含以下几个成员：

struct mutex {
    int owner;      // 互斥锁的所有者
    int count;       // 互斥锁的计数
    int waiters;     // 等待互斥锁的任务数
    list_head_t wait_list;   // 等待互斥锁的任务链表
};

owner：互斥锁的所有者，当一个任务获取了互斥锁，它就成为互斥锁的所有者。
count：互斥锁的计数，当一个任务获取互斥锁时，互斥锁的计数加 1；当一个任务释放互斥锁时，互斥锁的计数减 1。
waiters：等待互斥锁的任务数，当一个任务无法获取互斥锁时，它会进入等待链表，等待互斥锁的计数变为 0。
wait_list：等待互斥锁的任务链表，当一个任务无法获取互斥锁时，它会进入等待链表，等待互斥锁的计数变为 0。

2. 初始化过程

LiteOS 的互斥锁在创建时需要进行初始化。互斥锁的初始化过程如下：

void mutex_init(struct mutex *mutex)
{
    mutex->owner = -1;
    mutex->count = 0;
    mutex->waiters = 0;
    list_head_init(&mutex->wait_list);
}

将互斥锁的所有者设置为 -1，表示互斥锁还没有被任何任务获取。
将互斥锁的计数设置为 0。
将等待互斥锁的任务数设置为 0。
将等待互斥锁的任务链表初始化为空。

3. 获取和释放锁的机制

LiteOS 的互斥锁提供了两个函数来获取和释放锁：mutex_lock() 和 mutex_unlock()。

mutex_lock() 函数：当一个任务需要获取互斥锁时，它调用 mutex_lock() 函数。如果互斥锁是可用的，则任务立即获取互斥锁，否则任务将进入等待链表，等待互斥锁的计数变为 0。
mutex_unlock() 函数：当一个任务不再需要互斥锁时，它调用 mutex_unlock() 函数来释放互斥锁。当互斥锁被释放时，等待链表中的第一个任务将被唤醒，并获取互斥锁。

4. 在实际项目中的应用场景

互斥锁在实际项目中有很多应用场景，比如：