在多工環境中,不可避免的需要用到鎖以防止競爭問題,鎖可以用mutex或直接開關中斷等方式來實現。當對關鍵程式碼或資料進行訪問之前需要上鎖,然後在使用完了以後則需要解鎖。作為一個好習慣,應當使上鎖的粒度及可能的小。

對於圖1的程式碼,timer_init()函式在對_handler資料結構進行初始化之前,在123行先進行上鎖操作,在完成了資料結構的初始化之後,則在145行進行解鎖操作。這段程式碼在功能上沒有問題,但是它沒有做到讓上鎖的粒度儘可能的小。如果仔細看這段程式碼,讀者將發現在124行會檢查mark_變數是否已被設定為TIMER_MARK所定義的值,如果已設定則進行出錯處理,其邏輯依據就是一個已初始化的定時器不能被再一次初始化。繼續往下看的話,讀者能看到在144行會對mark_變數進行設值操作。

example.c
00096: typedef struct tag_timer
00097: {
00098:     dll_node_t node_;
00106:     …
00107: } timer_instance_t, *timer_handler_t;
00108:
00109: // guard for initialized timer
00110: static const csize_t TIMER_MARK = 0x20091026;
00111:
00112: error_t timer_init (timer_handler_t _handler, msecond_t _duration,
00113:     expiration_cb_t _cb, const char *_name)
00114: {
00122:     …
00123:     timer_lock ();
00124:     if (TIMER_MARK == _handler->mark_) {
00125:         // if it has been initialized then failing it
00126:         timer_unlock ();
00127:         return ERROR_T (ERROR_TIMER_INIT_INITIALIZED);
00128:     }
00129:
00130:     // convert to TICK_DURATION_IN_MSEC unit
00131:     _handler->ticks_ = _duration / TICK_DURATION_IN_MSEC;
00132:     if (0 == _handler->ticks_) {
00133:         _handler->ticks_ ++;
00134:     }
00135:     _handler->cb_ = _cb;
00136:     _handler->state_ = TIMER_INITIALIZED;
00137:     dll_node_init (&_handler->node_);
00138:     if (0 == _name) {
00139:         _handler->name_ [0] = 0;
00140:     }
00141:     else {
00142:         strncpy (_handler->name_, _name, sizeof (_handler->name_));
00143:     }
00144:     _handler->mark_ = TIMER_MARK;
00145:     timer_unlock ();
00146:
00147:     return 0;
00148: }
圖1

那如何減小上鎖的粒度呢?其實,只要將圖1中的114~115行向上移就行了,更改後的程式碼如圖2所示,短短的124~130行就能保證上鎖的時間最小,且不失競爭問題的避免。

example.c
00112: error_t timer_init (timer_handler_t _handler, msecond_t _duration,
00113:     expiration_cb_t _cb, const char *_name)
00114: {
00122:     …
00123:     timer_lock ();
00124:     if (TIMER_MARK == _handler->mark_) {
00125:         // if it has been initialized then failing it
00126:         timer_unlock ();
00127:         return ERROR_T (ERROR_TIMER_INIT_INITIALIZED);
00128:     }
00129:     _handler->mark_ = TIMER_MARK;
00130:     timer_unlock ();
00122:     …
00148: }
圖2

為什麼要儘可能減小上鎖的粒度呢?從timer_init()單個函式的實現來看或許看不出優點,但是別忘了,一個模組通常有多個函式,其中的多個函式都可能(且很有可能)要進行上鎖操作。當這種模組被多個任務所呼叫時,其上鎖粒度將影響整個系統的實時性和效能,如果儘可能減小上鎖的粒度的話就有助於提高系統的實時性和效能。

timer_init()函式中所展現的是鎖的時間維度的粒度,除此之外,還有資源維度的粒度。如果一個模組需要A和B兩個不同的獨立資源,且這一模組中的有些函式只需用到A資源、有的函式則只需要用到B資源,當然,也有的函式需要同時使用A和B兩個資源。在A和B都需要運用鎖進行保護的情形下,應當為A和B設計兩把不同的鎖而不是同一個,也就是說通過“專鎖專用”來減小鎖的粒度。顯然,減小資源維度的粒度的目的最終還是為了減小時間維度的粒度。