临界资源
临界资源是指一次仅允许一个线程访问的共享资源。它可以是一个具体的硬件设备,也可以是一个变量、一个缓冲区。
不论是硬件临界资源,还是软件临界资源,多个线程必须互斥地对它们进行访问。
临界区
每个线程中访问(操作)临界资源的那段代码称为临界区(Critical Section),我们每次只准许一个线程进入临界区。
临界区保护
关闭系统调度保护临界区
- 禁止调度
- 关闭中断
禁止调度
禁止调度,即是把调度器锁住,不让其进行线程切换、这样就能保证当前运行的任务不被换出,直到调度器解锁,所以禁止调度是常用的临界区保护办法。
void thread_entry(void *parameter)
{
while(1)
{
/* 调度器上锁,上锁后将不再切换到其他线程,仅响应中断 */
rt_enter_critical();
/* 以下进入临界区 */
...
...
...
/* 调度器解锁 */
rt_exit_critical();
}
}
关闭中断
因为所有线程的调度都是建立在中断的基础上的,所以当我们关闭了中断后,系统将不能再进行调度,线程自身也就不会被其他线程抢占了
void thread_entry(void *parameter)
{
rt_base_t level;
while(1)
{
/* 关闭中断 */
level = rt_hw_interrupt_disable();
/* 以下是临界区 */
...
...
...
/* 关闭中断 */
rt_hw_interrupt_enable(level);
}
}
此处需要注意的是,在关闭中断前,应先定义变量将中断状态记录下来,然后开启中断时再将中断状态导入
通过关闭中断保护临界区的缺点是,所有系统中断都不能得到响应,而通过关闭调度器保护临界区则只是禁止了调度,系统中断还是可以得到响应的
互斥特性保护临界区
- 信号量
- 互斥量
临界区保护示例(关闭中断)
#define THREAD_PRIORITY 20
#define THREAD_STACK_SIZE 512
#define THREAD_TIMESLICE 5
/* 同时访问的全局变量 */
static rt_uint32_t cnt;
void thread_entry(void *parameter)
{
rt_uint32_t no;
rt_uint32_t level;
no = (rt_uint32_t) parameter;
while (1)
{
/* 关闭中断 */
level = rt_hw_interrupt_disable();
cnt += no;
/* 恢复中断 */
rt_hw_interrupt_enable(level);
rt_kprintf("protect thread[%d]'s counter is %d\n", no, cnt);
rt_thread_mdelay(no * 10);
}
}
int interrupt_sample(void)
{
rt_thread_t thread;
/* 创建thread1线程 */
thread = rt_thread_create("thread1", thread_entry, (void *)10,
THREAD_STACK_SIZE,
THREAD_PRIORITY, THREAD_TIMESLICE);
if (thread != RT_NULL)
rt_thread_startup(thread);
/* 创建thread2线程 */
thread = rt_thread_create("thread2", thread_entry, (void *)20,
THREAD_STACK_SIZE,
THREAD_PRIORITY, THREAD_TIMESLICE);
if (thread != RT_NULL)
rt_thread_startup(thread);
return 0;
}
/* 导出到 msh 命令列表中 */
MSH_CMD_EXPORT(interrupt_sample, interrupt sample);
在该程序中,线程1 和线程2 均调用thread_entry
函数,为防止在线程1 执行完cnt += no;
语句但还未打印输出时调度器将系统资源调度到线程2,导致cnt 又增加20,故我们在thread_entry
函数中加入了关闭中断的临界区保护机制,以保证每次cnt 输出都和当前运行线程所加数相符