linux rtmutex分析

最近在看linux rtmutex部分的实现过程，就像他注释中写的一样，还是比较简单的。其中比较复杂的部分就是关于任务优先级继承的部分。

 

首先介绍优先级反转的背景。

何为优先级反转？通俗来说就是低优先级的任务抢占了高优先级的运行权。下面举出一个优先级翻转的场景。

 

系统中有三个具有不同优先级的任务A，B，C。其中A的优先级最高，B次之，C的优先级最低。系统中A与C共享一个资源，此时C任务先就绪获得此资源的使用权限，这时A任务就绪，也想使用此资源，但是由于C已经在访问状态，所以A被阻塞。此时B任务就绪，如果系统中无优先级翻转处理等机制，那么B任务就会剥夺C任务的运行权限，从而也就剥夺了A任务的运行权限，这样稍低优先级的任务就抢占了高优先级的任务。此种现象就是优先级翻转问题。

 

解决优先级翻转的问题通常有几种，一种是优先级继承方式，还有就是天花板方式。

1.         优先级继承方式是指在有任务阻塞到相应共享资源时，所获得资源的任务继承被阻塞任务的优先级，当然只是继承更高的优先级，小于等于的无视。在上例中就为A获得资源被C阻塞时，C任务继承A任务的高优先级，这样B再就绪时就不会抢占C的运行权，从而就避免了优先级翻转现象。

2.         优先级天花板办法，就是将获得共享资源时，直接提升任务的优先级到可以获得此种资源的最高优先级。在上例中，当C获得此资源时，直接升到最高的优先级，如果系统中只有A，C使用此资源，那么就升级到A的优先级，这样B就绪时也无法抢占C的运行权，从而避免了优先级反转现象。

两者的区别主要在获得优先级提升的时间，前者在有高优先级任务发生阻塞时，后者是直接在获得资源时提升优先级。

rtmutex主要数据结构

rt_mutex，就是一个互斥锁的结构，只有三个元素。

struct rt_mutex {
    raw_spinlock_t        wait_lock; /* 保护此结构的自旋锁 */
    struct plist_head    wait_list;  /* 等待此互斥锁的所有waiter链表 */
    struct task_struct    *owner;    /* 获得此锁的task，如果没有为NULL */

}

rtmutex waiter的数据结构：用于记录等待互斥锁得结构

struct rt_mutex_waiter {
    struct plist_node    list_entry;	/* 用于将此结构连接到对应的互斥锁上 */
    struct plist_node    pi_list_entry;	/* 用于将此结构连接到互斥锁所有者上等待链表中 */
    struct task_struct    *task; 	/* 此waiter所属的task，也即等待此mutex的task */
    struct rt_mutex        *lock;	/* 此waiter等待的mutex */
};

主要的数据结构如上所示，后续介绍rtmutex的具体函数调用流程，由于是mutex，那么主要从最大需求的三个方面来介绍，一个是init，一个是lock，最后一个就是unlock

1）初始化函数

void __rt_mutex_init(struct rt_mutex *lock, const char *name)
{
    lock->owner = NULL;
    raw_spin_lock_init(&lock->wait_lock);
    plist_head_init(&lock->wait_list);

    debug_rt_mutex_init(lock, name);
}

此函数已经简单到不能再简单了，将rt_mutex中的相关item初始化。

2）lock函数

void __sched rt_mutex_lock(struct rt_mutex *lock)
{
    might_sleep();

    rt_mutex_fastlock(lock, TASK_UNINTERRUPTIBLE, 0, rt_mutex_slowlock);
}

其中，rt_mutex_fastlock首先尝试快速获得lock，如果尝试无法成功，则调用rt_mutex_slowlock 继续获得锁。

3）unlock函数

void __sched rt_mutex_unlock(struct rt_mutex *lock)
{
    rt_mutex_fastunlock(lock, rt_mutex_slowunlock);
}

此函数与上述lock函数一样，首先尝试快速的unlock，如果不符合条件，那么再调用rt_mutex_slowunlock函数完成解锁操作。

内部机制，我是很想好好阐述出来的，但是由于自己表达能力有限，等后续总结好了，再更改此篇博客。想写一篇好的技术博客真TM难啊。看懂一个东西简单，讲明白一个东西真TM难，想要理解为啥这么搞更TM难。