62-63-64 - 进程互斥锁Mutex的初步实现

news2024/11/13 9:26:52

---- 整理自狄泰软件唐佐林老师课程

文章目录

  • 1. 问题
  • 2. 系统调用重设计
    • 2.1 互斥锁系统调用功能设计
    • 2.2 整体调用流程
    • 2.3 编程实验:互斥锁模块的创建
    • 2.4 思考
  • 3. 在内核态实现互斥锁功能的考虑
    • 3.1 互斥锁内核数据结构及接口实现
      • 3.1.1 创建互斥锁
      • 3.1.2 销毁互斥锁
      • 3.1.3 进入临界区
      • 3.1.4 退出临界区
    • 3.2 编程实验:互斥锁的内核实现
    • 3.3 思考
    • 3.4 问题
    • 3.5 再论任务状态
    • 3.6 互斥锁与任务调度
      • 3.6.1 互斥锁与任务调度一
      • 3.6.2 互斥锁与任务调度二
      • 3.6.3 互斥锁与任务调度三
    • 3.7 编程实验:互斥锁与任务调度
    • 3.8 思考

1. 问题

  • Mutex相关的函数接口处于用户态还是内核态?
    • 处于 内核态
  • 为什么?
    • Mutex操作可能导致任务状态的转换(执行态==>阻塞态),其功能只能由内核实现。
    • 所以,必须在用户态使用内核中的功能。==> 通过 系统调用

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2. 系统调用重设计

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2.1 互斥锁系统调用功能设计

void SysCallHandler(uint type, 	// 中断功能号
					uint cmd,   // 子功能号
					uint param1, 
					uint param2);

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2.2 整体调用流程

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  • D.T.OS架构图

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2.3 编程实验:互斥锁模块的创建

【参看链接】:62-63-64 - 进程互斥锁的初步实现 / 62

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2.4 思考

  • 在内核中实现互斥锁的功能是必要的吗?

3. 在内核态实现互斥锁功能的考虑

  • 进入内核态之后所有任务均 暂停执行
  • 直观的决定当前任务是否能进入临界区(True or False)
    • Mutex空闲状态 ==> True:返回用户态,当前任务继续执行
    • Mutex占用状态 ==> False:当前任务进入阻塞状态,调度下一个任务执行
  • 内核拥有最高特权级,能够决定任务的生死

3.1 互斥锁内核数据结构及接口实现

设计思想:通过内核链表管理Mutex变量,只有链表中的Mutex变量才能完成任务间的互斥

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3.1.1 创建互斥锁

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3.1.2 销毁互斥锁

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3.1.3 进入临界区

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3.1.4 退出临界区

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3.2 编程实验:互斥锁的内核实现

【参看链接】:62-63-64 - 进程互斥锁Mutex的初步实现 / 63

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3.3 思考

  • 在当前实现下,阻塞的多个任务重新进入执行态,会发生什么?

3.4 问题

  • 内核中如何实现任务的阻塞?

3.5 再论任务状态

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由互斥锁触发的内核操作:

  • 当任务获取锁失败时:
    • 将当前任务移入等待队列(进入阻塞态)
    • 调度下一个任务执行
  • 当互斥锁被标记为空闲时:
    • 将等待队列中的任务移入就绪队列(脱离阻塞态)

3.6 互斥锁与任务调度

MtxSchedule:

  1. 调度当前任务进入等待队列
  2. 将等待队列中的任务调度进就绪队列

3.6.1 互斥锁与任务调度一

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3.6.2 互斥锁与任务调度二

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3.6.3 互斥锁与任务调度三

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3.7 编程实验:互斥锁与任务调度

【参看链接】:62-63-64 - 进程互斥锁Mutex的初步实现 / 64

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3.8 思考

  • 目前互斥锁的设计实现上,有需要改进优化的地方吗?

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