OpenHarmony轻量系统中内核资源主要管理方式

一、背景

OpenAtom OpenHarmony（以下简称“OpenHarmony”）轻量系统面向MCU类处理器例如ARM Cortex-M、RISC-V 32位的设备，硬件资源极其有限，支持的设备最小内存为128KiB，可以提供多种轻量级网络协议，轻量级的图形框架，以及丰富的IOT总线读写部件等。可支撑的产品如智能家居领域的连接类模组、传感器设备、穿戴类设备等。

在轻量系统内核中，由于可用内存资源少，一般的数据资源都是小批量的，所以其资源管理方式都比较简单且相似，本文重点讲解在轻量系统内核中，典型的资源的存储和访问方式。这些典型的资源包括互斥锁，信号量、消息队列、事件、定时器等。

本文以互斥锁为例来探究其内核资源的主要管理方式。

互斥锁软件模块相关的代码在如下位置

https://gitee.com/openharmony/kernel_liteos_m/blob/master/ker...
https://gitee.com/openharmony/kernel_liteos_m/blob/master/ker...

二、模块使能和容量

互斥锁软件模块是编译可裁剪模块，可以通过编译配置宏来打开或者关闭具体的编译配置宏定义在https://gitee.com/openharmony/kernel_liteos_m/blob/master/ker...文件中

通过这个文件可知，liteos_m内核默认是使能互斥锁功能的，但我们根据具体产品可以对其进行设置，如某产品对应的配置文件https://gitee.com/openharmony/device_qemu/blob/master/arm_mps...

这里明确看到此产品使用了互斥锁功能，如果需要将其关闭，直接修改成0值即可。

互斥锁支持的最大数目不同产品可以不同，当前这个产品为24，如果产品没有定义容量限制，那么使用默认容量限制(见los_config.h中)。

1.数据保存方式

由于容量较小，采用数组这种简单和原始的数据保存方式，在系统初始化的时候申请数组内存。如下(los_mux.c中)

三、数据访问方式

由于轻量系统的计算资源相对受限，因此需要在算法上斤斤计较。目前提供了ID方式(数组下标访问)和链表访问2种方式，如下进行详细说明。

1. 通过ID访问
   在los_mux.h中，定义了通过id访问互斥锁的方法，其实质就是数组下标访问，获取具体互斥锁资源的地址 

2.通过空闲链表访问

随着互斥锁的申请和释放，系统中当前正在使用的互斥锁数目是动态变化的。由于采用了数组存储以及内存预留的策略，所以数组中的互斥锁有些是空闲的，有些是正在使用的，并且其状态随着系统的运行过程而无规律地变化。

若仅依赖于数组方式访问互斥锁，则查询空闲互斥锁是一个稍耗时的算法，因为要遍历数组。

为了加快空闲互斥锁的查询，本系统采用了将所有空闲互斥锁组织成链表的方法。这样每次取出链表第一个节点即可，可以极大提升性能。

在los_mux.h中，通过增加muxList字段将所有空闲的互斥锁组织成链表
 

在los_mux.c中，系统初始化时，所有互斥锁都为空闲状态，放入空闲链表 

在los_mux.c中，创建互斥锁时，从空闲链表取下空闲状态的互斥锁 

在los_mux.c中，释放互斥锁时，将互斥锁放入空闲链表

四、健壮性考虑

1.空闲状态双保险

除了通过判断是否在空闲链表上来判断描述符是否空闲以外，在结构体中也保存了是否空闲的状态，这样可以增加空闲状态判断的健壮性；另外，通过直接判断状态也比判断是否在链表中性能更高。如下(los_mux.c中)：
 

2.中断上下文保护

由于在中断上下文中不允许有睡眠操作，而互斥锁获取逻辑就是典型的具有睡眠操作的逻辑，所以，互斥锁的获取和释放不能在中断上下文中，如下(los_mux.c中)。

 3.任务切换保护

IPC操作有时会需要任务切换，如果当前任务切换功能被临时关闭，则不允许进行IPC操作，互斥锁获取操作也是IPC操作的一种。代码如下(los_mux.c)： 

4.关键任务不允许切换

一些系统关键任务运行后，不允许执行IPC逻辑，比如软件定时器任务：其监控多个定时器的超时。假定其执行IPC逻辑导致任务等待某资源比较长的时间，会导致后续部分定时器定时功能失效(不准确)。代码如下(los_mux.c)：

五、总结

轻量系统中内核资源多采用数组与空闲链表相结合的方式。除了OpenHarmony轻量系统，其他嵌入式系统中这类的数据存储方式也比较常见。这种方式有如下几个突出的优点
● 简单易懂
● 读写效率高
● 代码紧凑