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rt-thread 系统优化系列（四）之再谈 ipc 中的 bug

发布于 2021-09-12 10:17:44 浏览：2572 订阅该版

[tocm]

## 前言

先说一下背景，ipc 里有如下几种同步通信机制：信号量、互斥锁、事件集、邮箱、消息队列。
其中有如下几个 api 有等待超时的能力。
`rt_sem_take` `rt_mutex_take` `rt_event_recv` `rt_mb_send_wait` `rt_mb_recv` `rt_mq_send_wait` `rt_mq_recv`

超时时间可以设置成：0 不等待；-1 永久等；n 等待指定 tick 数。不等待的情况不涉及今天讲的话题。
不同的是前三个和后四个实现上理念有些不同。前三个存在以下隐患。
**但凡设置了等待时间，可能出现未达到超时时间却提前退出等待，让等待资源者错以为获取到了资源使用权！**

### 消息队列的等待逻辑

以 `rt_mq_recv` 为例，从 `rt_mq_recv` 函数可以看出来，当前线程被唤醒后从 `rt_schedule` 返回。接下来判断是否是 error 唤醒，如果是，退出 `rt_mq_recv` ，告诉等待资源者是有 error 退出的；如果不是，下面计算等待时间还剩多少，保证等待满指定的等待时间。

> 注：鉴于目前线程的 error 还不是很完善，ipc 中返回的 error 可以认为是超时错误。下同。

### 信号量的等待逻辑

以 `rt_sem_take` 为例，当前线程被唤醒后从 `rt_schedule` 返回，只判断了一个线程状态是否有 error，有 error 返回 error；没有 error 返回 RT_EOK！它根本不管线程是怎么被唤醒的。

设想一种情景，一个线程在等待信号量时，有另一个线程 `rt_thread_resume` 想唤醒它。

### 验证

验证代码很简单，如下：
```
static void rt_thread1_entry(void *parameter)
{
    static rt_uint8_t count = 0;

while(1)
    {
        rt_thread_mdelay(1000);
        rt_sem_release(dynamic_sem);
    }
}
static void rt_thread2_entry(void *parameter)
{
    static rt_err_t result;
    while(1)
    {
        /* 永久方式等待信号量 */
        result = rt_sem_take(dynamic_sem, RT_WAITING_FOREVER);
        if (result != RT_EOK)
        {
            rt_kprintf("t2 take a dynamic semaphore, failed.\n");
        }
        else
        {
            rt_kprintf("t2 take a dynamic semaphore, ok.\n);
        }
    }
}
static void rt_thread3_entry(void *parameter)
{
    static rt_err_t result;
    while(1)
    {
        rt_thread_mdelay(100);
        rt_thread_resume(t2);
    }
}
```

线程 1 间隔 1s 释放一个资源。线程 2 永久等待资源。而线程 3 模拟意外的线程唤醒，间隔时间是 100ms，便于发现问题。
你会发现，线程 2 获取的资源数比 线程 1 释放的要多。

### 修改后的 rt_sem_take

```
    /* no waiting, return with timeout */
    if (sem->value == 0 && timeout == 0)
    {
        rt_hw_interrupt_enable(level);

return -RT_EFULL;
    }

while (sem->value == 0)
    {
        /* current context checking */
        RT_DEBUG_IN_THREAD_CONTEXT;

/* semaphore is unavailable, push to suspend list */

RT_DEBUG_LOG(RT_DEBUG_IPC, ("sem take: suspend thread - %s\n",
                                    thread->name));

/* suspend thread */
        _ipc_list_suspend(&(sem->parent.suspend_thread),
                            thread,
                            sem->parent.parent.flag);

/* enable interrupt */
        rt_hw_interrupt_enable(level);

/* has waiting time, start thread timer */
        if (timeout > 0)
        {
            RT_DEBUG_LOG(RT_DEBUG_IPC, ("set thread:%s to timer list\n",
                                        thread->name));
            tick_delta = rt_tick_get();

/* reset thread error number */
            thread->error = RT_EOK;

/* reset the timeout of thread timer and start it */
            rt_timer_control(&(thread->thread_timer),
                             RT_TIMER_CTRL_SET_TIME,
                             &timeout);
            rt_timer_start(&(thread->thread_timer));
        }

/* do schedule */
        rt_schedule();

if (thread->error != RT_EOK)
        {
            /* return error */
            return thread->error;
        }

if (timeout > 0) {
            tick_delta = rt_tick_get() - tick_delta;
            timeout -= tick_delta;
            if (timeout < 0)
                timeout = 0;
            /* no waiting, return with timeout */
            if (timeout == 0)
            {
                /* set error as timeout */
                thread->error = -RT_ETIMEOUT;

/* enable interrupt */
    //                rt_hw_interrupt_enable(level);

return -RT_ETIMEOUT;
            }
        }
        level = rt_hw_interrupt_disable();
    }

if (sem->value > 0)
    {
        /* semaphore is available */
        sem->value --;
    }
```

## 结尾

其它两个的修改思路可类比，再用上面的测试代码考验，获得资源与释放资源是真同步的了。

> 本系列提到的所有代码更改已经提交到 gitee ，欢迎大家测试
   https://gitee.com/thewon/rt_thread_repo
   
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