三刷操作系统之一文带你搞懂FreeRTOS——互斥信号量和递归互斥信号量

本文主要是介绍三刷操作系统之一文带你搞懂FreeRTOS——互斥信号量和递归互斥信号量，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

1.互斥信号量

互斥信号量其实就是一个拥有优先级继承的二值信号量，在同步的应用中(任务与任务或中断与任务之间的同步)二值信号量最适合。互斥信号量适合用于那些需要互斥访问的应用中。在互斥访问中互斥信号量相当于一个钥匙，当任务想要使用资源的时候就必须先获得这个钥匙，当使用完资源以后就必须归还这个钥匙，这样其他的任务就可以拿着这个钥匙去使用资源。互斥信号量使用和二值信号量相同的 API 操作函数，所以互斥信号量也可以设置阻塞时间，不同于二值信号量的是互斥信号量具有优先级继承的特性。当一个互斥信号量正在被一个低优先级的任务使用，而此时有个高优先级的任务也尝试获取这个互斥信号量的话就会被阻塞。不过这个高优先级的任务会将低优先级任务的优先级提升到与自己相同的优先级，这个过程就是优先级继承。优先级继承尽可能的降低了高优先级任务处于阻塞态的时间，并且将已经出现的“优先级翻转”的影响降到最低。

互斥信号量（Mutex Semaphore）通常用于实现资源的互斥访问，以确保在任意时刻只有一个任务可以访问共享资源。它在多任务环境下非常有用，可以避免多个任务同时对共享资源进行读写而引发的并发访问问题。

什么是优先级翻转呢？

优先级翻转会破坏人物的预期顺序，会导致很严重的后果，在使用中是绝不允许出现的。

(1) 任务 H 和任务 M 处于挂起状态，等待某一事件的发生，任务 L 正在运行。
(2) 某一时刻任务 L 想要访问共享资源，在此之前它必须先获得对应该资源的信号量。
(3) 任务 L 获得信号量并开始使用该共享资源。
(4) 由于任务 H 优先级高，它等待的事件发生后便剥夺了任务 L 的 CPU 使用权。
(5) 任务 H 开始运行。
(6) 任务 H 运行过程中也要使用任务 L 正在使用着的资源，由于该资源的信号量还被任务L 占用着，任务 H 只能进入挂起状态，等待任务 L 释放该信号量。
(7) 任务 L 继续运行。
(8) 由于任务 M 的优先级高于任务 L，当任务 M 等待的事件发生后，任务 M 剥夺了任务L 的 CPU 使用权。
(9) 任务 M 处理该处理的事。
(10) 任务 M 执行完毕后，将 CPU 使用权归还给任务 L。
(11) 任务 L 继续运行。
(12) 最终任务 L 完成所有的工作并释放了信号量，到此为止，由于实时内核知道有个高优先级的任务在等待这个信号量，故内核做任务切换。
(13) 任务 H 得到该信号量并接着运行。
在这种情况下，任务 H 的优先级实际上降到了任务 L 的优先级水平。因为任务 H 要一直
等待直到任务 L 释放其占用的那个共享资源。由于任务 M 剥夺了任务 L 的 CPU 使用权，使
得任务 H 的情况更加恶化，这样就相当于任务 M 的优先级高于任务 H，导致优先级翻转。