01

臨界段與臨界資源

操作系統(tǒng)中有有兩個名詞，臨界段和臨界資源。

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臨界段

代碼的臨界段也稱為臨界區(qū)，指處理時不可分割的代碼。一旦這部分代碼開始執(zhí)行，則不允許任何中斷打入。為確保臨界段代碼的執(zhí)行，在進(jìn)入臨界段之前要關(guān)中斷，而臨界段代碼執(zhí)行完以后要立即開中斷。

02

臨界資源

臨界資源在一段時間內(nèi)只允許一個進(jìn)程訪問的資源。又稱獨(dú)占資源。資源可以是輸入輸出設(shè)備，例如打印機(jī)、鍵盤、顯示器，資源也可以是一個變量，一個結(jié)構(gòu)或一個數(shù)組等。

02

三種臨界區(qū)管理機(jī)制

2.1

示例代碼

在μC/OS-II中有三種臨界區(qū)管理方式，是在oc_cpu.h文件中通過宏OS_CRITICAL_METHOD來控制，如下圖為8086臨界區(qū)實(shí)現(xiàn)方式

2.2

PSW（程序狀態(tài)字）

不管是何種芯片，進(jìn)入臨界區(qū)的思想是不變的，就是失能控制PSW（Program Status Word）中的IF（中斷標(biāo)志位）標(biāo)志位。8086的標(biāo)志寄存器如下圖所示。不同芯片的PSW略微不同。

2.3

方法1

方法1是直接將OS_ENTER_CRITICAL（）和OS_EXIT_CRITICAL（）定義為處理器的關(guān)閉（CLI）和打開（STI）中斷指令。STI（Set Interrupt） 為開中斷，CLI（Clear Interrupt） 為關(guān)中斷，這里設(shè)置的是PSW（Program Status Word）中的中斷標(biāo)志位。

但這種方法有一個隱患，如果在關(guān)閉中斷后調(diào)用μC/OS函數(shù)，當(dāng)函數(shù)返回后，中斷將被打開！嚴(yán)格意義上的關(guān)閉中斷應(yīng)該是執(zhí)行OS_ENTER_CRITICAL（）后中斷始終是關(guān)閉的， 方法1顯然不滿足要求。但方法1的優(yōu)點(diǎn)是簡單，執(zhí)行速度快（只有一條指令）。

2.4

方法二

OS_ENTER_CRITICAL（）會在關(guān)中斷前保存之前的標(biāo)志寄存器內(nèi)容到堆棧中，隨之將中斷關(guān)閉，OS_EXIT_CRITICAL（）從堆棧中恢復(fù)之前保存的狀態(tài)。

PUSHF是將標(biāo)志寄存器入棧，POPF是將棧頂?shù)膬?nèi)容彈出到標(biāo)志寄存器中。

但是一些編譯器不能很好地優(yōu)化內(nèi)聯(lián)代碼，因此，此方法可能無法正常工作。因?yàn)榫幾g器可能不夠智能，無法知道堆棧指針已經(jīng)被更改（通過PUSHF指令），此時再想去訪問堆棧中的數(shù)據(jù)極大可能出現(xiàn)錯誤的值，從而導(dǎo)致應(yīng)用程序的崩潰。

2.5

方法三

一些編譯器提供了擴(kuò)展的接口允許用戶獲取PSW中的值，并將此狀態(tài)值保存在聲明的變量中，隨之將中斷關(guān)閉，在退出臨界區(qū)時，在將上面保存的值恢復(fù)到PSW中。

OSCPUSaveSR以及OSCPURestoreSR是在os_cpu_a.s文件中定義的，使用匯編指令實(shí)現(xiàn)的。

這種方法的優(yōu)點(diǎn)就是安全可靠，缺點(diǎn)就是執(zhí)行速度較上面兩種慢，因?yàn)檫M(jìn)入和退出臨界區(qū)的匯編代碼可能不止一條，而且還需要訪問內(nèi)存變量cpu_sr。

原文標(biāo)題：μC/OS三種臨界區(qū)管理機(jī)制

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