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開(kāi)源項(xiàng)目 OpenHarmony是每個(gè)人的 OpenHarmony

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軟通動(dòng)力

高級(jí)技術(shù)專(zhuān)家、產(chǎn)品推薦官

以下內(nèi)容來(lái)自嘉賓分享，不代表開(kāi)放原子開(kāi)源基金會(huì)觀(guān)點(diǎn)

一、背景

OpenAtom OpenHarmony（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“OpenHarmony”）輕量系統(tǒng)面向MCU類(lèi)處理器例如ARM Cortex-M、RISC-V 32位的設(shè)備，硬件資源極其有限，支持的設(shè)備最小內(nèi)存為128KiB，可以提供多種輕量級(jí)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，輕量級(jí)的圖形框架，以及豐富的IOT總線(xiàn)讀寫(xiě)部件等?？芍蔚漠a(chǎn)品如智能家居領(lǐng)域的連接類(lèi)模組、傳感器設(shè)備、穿戴類(lèi)設(shè)備等。 在輕量系統(tǒng)內(nèi)核中，由于可用內(nèi)存資源少，一般的數(shù)據(jù)資源都是小批量的，所以其資源管理方式都比較簡(jiǎn)單且相似，本文重點(diǎn)講解在輕量系統(tǒng)內(nèi)核中，典型的資源的存儲(chǔ)和訪(fǎng)問(wèn)方式。這些典型的資源包括互斥鎖，信號(hào)量、消息隊(duì)列、事件、定時(shí)器等。 本文以互斥鎖為例來(lái)探究其內(nèi)核資源的主要管理方式。 互斥鎖軟件模塊相關(guān)的代碼在如下位置 https://gitee.com/openharmony/kernel_liteos_m/blob/master/kernel/src/los_mux.c https://gitee.com/openharmony/kernel_liteos_m/blob/master/kernel/include/los_mux.h

二、模塊使能和容量

互斥鎖軟件模塊是編譯可裁剪模塊，可以通過(guò)編譯配置宏來(lái)打開(kāi)或者關(guān)閉具體的編譯配置宏定義在https://gitee.com/openharmony/kernel_liteos_m/blob/master/kernel/include/los_config.h文件中 ? 通過(guò)這個(gè)文件可知，liteos_m內(nèi)核默認(rèn)是使能互斥鎖功能的，但我們根據(jù)具體產(chǎn)品可以對(duì)其進(jìn)行設(shè)置，如某產(chǎn)品對(duì)應(yīng)的配置文件https://gitee.com/openharmony/device_qemu/blob/master/arm_mps2_an386/liteos_m/board/target_config.h ? ? 這里明確看到此產(chǎn)品使用了互斥鎖功能，如果需要將其關(guān)閉，直接修改成0值即可。 互斥鎖支持的最大數(shù)目不同產(chǎn)品可以不同，當(dāng)前這個(gè)產(chǎn)品為24，如果產(chǎn)品沒(méi)有定義容量限制，那么使用默認(rèn)容量限制(見(jiàn)los_config.h中)。 ? ?1.數(shù)據(jù)保存方式 由于容量較小，采用數(shù)組這種簡(jiǎn)單和原始的數(shù)據(jù)保存方式，在系統(tǒng)初始化的時(shí)候申請(qǐng)數(shù)組內(nèi)存。如下(los_mux.c中) ?

三、數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)方式

由于輕量系統(tǒng)的計(jì)算資源相對(duì)受限，因此需要在算法上斤斤計(jì)較。目前提供了ID方式(數(shù)組下標(biāo)訪(fǎng)問(wèn))和鏈表訪(fǎng)問(wèn)2種方式，如下進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。1.通過(guò)ID訪(fǎng)問(wèn) 在los_mux.h中，定義了通過(guò)id訪(fǎng)問(wèn)互斥鎖的方法，其實(shí)質(zhì)就是數(shù)組下標(biāo)訪(fǎng)問(wèn)，獲取具體互斥鎖資源的地址 ?2.通過(guò)空閑鏈表訪(fǎng)問(wèn) 隨著互斥鎖的申請(qǐng)和釋放，系統(tǒng)中當(dāng)前正在使用的互斥鎖數(shù)目是動(dòng)態(tài)變化的。由于采用了數(shù)組存儲(chǔ)以及內(nèi)存預(yù)留的策略，所以數(shù)組中的互斥鎖有些是空閑的，有些是正在使用的，并且其狀態(tài)隨著系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程而無(wú)規(guī)律地變化。 若僅依賴(lài)于數(shù)組方式訪(fǎng)問(wèn)互斥鎖，則查詢(xún)空閑互斥鎖是一個(gè)稍耗時(shí)的算法，因?yàn)橐闅v數(shù)組。 為了加快空閑互斥鎖的查詢(xún)，本系統(tǒng)采用了將所有空閑互斥鎖組織成鏈表的方法。這樣每次取出鏈表第一個(gè)節(jié)點(diǎn)即可，可以極大提升性能。 在los_mux.h中，通過(guò)增加muxList字段將所有空閑的互斥鎖組織成鏈表 ? 在los_mux.c中，系統(tǒng)初始化時(shí)，所有互斥鎖都為空閑狀態(tài)，放入空閑鏈表 ? ? 在los_mux.c中，創(chuàng)建互斥鎖時(shí)，從空閑鏈表取下空閑狀態(tài)的互斥鎖 ? ? 在los_mux.c中，釋放互斥鎖時(shí)，將互斥鎖放入空閑鏈表 ? ?

四、健壯性考慮

1.空閑狀態(tài)雙保險(xiǎn) 除了通過(guò)判斷是否在空閑鏈表上來(lái)判斷描述符是否空閑以外，在結(jié)構(gòu)體中也保存了是否空閑的狀態(tài)，這樣可以增加空閑狀態(tài)判斷的健壯性；另外，通過(guò)直接判斷狀態(tài)也比判斷是否在鏈表中性能更高。如下(los_mux.c中)： ?2.中斷上下文保護(hù) 由于在中斷上下文中不允許有睡眠操作，而互斥鎖獲取邏輯就是典型的具有睡眠操作的邏輯，所以，互斥鎖的獲取和釋放不能在中斷上下文中，如下(los_mux.c中)。 ?3.任務(wù)切換保護(hù) IPC操作有時(shí)會(huì)需要任務(wù)切換，如果當(dāng)前任務(wù)切換功能被臨時(shí)關(guān)閉，則不允許進(jìn)行IPC操作，互斥鎖獲取操作也是IPC操作的一種。 代碼如下(los_mux.c)： ?4.關(guān)鍵任務(wù)不允許切換 一些系統(tǒng)關(guān)鍵任務(wù)運(yùn)行后，不允許執(zhí)行IPC邏輯，比如軟件定時(shí)器任務(wù)：其監(jiān)控多個(gè)定時(shí)器的超時(shí)。假定其執(zhí)行IPC邏輯導(dǎo)致任務(wù)等待某資源比較長(zhǎng)的時(shí)間，會(huì)導(dǎo)致后續(xù)部分定時(shí)器定時(shí)功能失效(不準(zhǔn)確)。代碼如下(los_mux.c)： ?

五、總結(jié)

輕量系統(tǒng)中內(nèi)核資源多采用數(shù)組與空閑鏈表相結(jié)合的方式。除了OpenHarmony輕量系統(tǒng)，其他嵌入式系統(tǒng)中這類(lèi)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式也比較常見(jiàn)。這種方式有如下幾個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)●簡(jiǎn)單易懂

●讀寫(xiě)效率高

●代碼緊湊