基本概念

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基本概念

从系统角度看,任务是竞争系统资源的最小运行单元。任务可以使用或等待CPU、使用内存空间等系统资源,并独立于其它任务运行。

OpenHarmony LiteOS-M的任务模块可以给用户提供多个任务,实现任务间的切换,帮助用户管理业务程序流程。任务模块具有如下特性:

  • 支持多任务。
  • 一个任务表示一个线程。
  • 抢占式调度机制,高优先级的任务可打断低优先级任务,低优先级任务必须在高优先级任务阻塞或结束后才能得到调度。
  • 相同优先级任务支持时间片轮转调度方式。
  • 共有32个优先级[0-31],最高优先级为0,最低优先级为31。

任务相关概念

任务状态

任务有多种运行状态。系统初始化完成后,创建的任务就可以在系统中竞争一定的资源,由内核进行调度。

任务状态通常分为以下四种:

  • 就绪(Ready):该任务在就绪队列中,只等待CPU。
  • 运行(Running):该任务正在执行。
  • 阻塞(Blocked):该任务不在就绪队列中。包含任务被挂起(suspend状态)、任务被延时(delay状态)、任务正在等待信号量、读写队列或者等待事件等。
  • 退出态(Dead):该任务运行结束,等待系统回收资源。

任务状态迁移

图 1 任务状态示意图

任务状态迁移说明:

  • 就绪态→运行态

    任务创建后进入就绪态,发生任务切换时,就绪队列中最高优先级的任务被执行,从而进入运行态,同时该任务从就绪队列中移出。

  • 运行态→阻塞态

    正在运行的任务发生阻塞(挂起、延时、读信号量等)时,将该任务插入到对应的阻塞队列中,任务状态由运行态变成阻塞态,然后发生任务切换,运行就绪队列中最高优先级任务。

  • 阻塞态→就绪态(阻塞态→运行态)

    阻塞的任务被恢复后(任务恢复、延时时间超时、读信号量超时或读到信号量等),此时被恢复的任务会被加入就绪队列,从而由阻塞态变成就绪态;此时如果被恢复任务的优先级高于正在运行任务的优先级,则会发生任务切换,该任务由就绪态变成运行态。

  • 就绪态→阻塞态

    任务也有可能在就绪态时被阻塞(挂起),此时任务状态由就绪态变为阻塞态,该任务从就绪队列中删除,不会参与任务调度,直到该任务被恢复。

  • 运行态→就绪态

    有更高优先级任务创建或者恢复后,会发生任务调度,此刻就绪队列中最高优先级任务变为运行态,那么原先运行的任务由运行态变为就绪态,依然在就绪队列中。

  • 运行态→退出态

    运行中的任务运行结束,任务状态由运行态变为退出态。退出态包含任务运行结束的正常退出状态以及Invalid状态。例如,任务运行结束但是没有自删除,对外呈现的就是Invalid状态,即退出态。

  • 阻塞态→退出态

    阻塞的任务调用删除接口,任务状态由阻塞态变为退出态。

任务ID

任务ID,在任务创建时通过参数返回给用户,是任务的重要标识。系统中的ID号是唯一的。用户可以通过任务ID对指定任务进行任务挂起、任务恢复、查询任务名等操作。

任务优先级

优先级表示任务执行的优先顺序。任务的优先级决定了在发生任务切换时即将要执行的任务,就绪队列中最高优先级的任务将得到执行。

任务入口函数

新任务得到调度后将执行的函数。该函数由用户实现,在任务创建时,通过任务创建结构体设置。

任务栈

每个任务都拥有一个独立的栈空间,我们称为任务栈。栈空间里保存的信息包含局部变量、寄存器、函数参数、函数返回地址等。

任务上下文

任务在运行过程中使用的一些资源,如寄存器等,称为任务上下文。当这个任务挂起时,其他任务继续执行,可能会修改寄存器等资源中的值。如果任务切换时没有保存任务上下文,可能会导致任务恢复后出现未知错误。因此在任务切换时会将切出任务的任务上下文信息,保存在自身的任务栈中,以便任务恢复后,从栈空间中恢复挂起时的上下文信息,从而继续执行挂起时被打断的代码。

任务控制块TCB

每个任务都含有一个任务控制块(TCB)。TCB包含了任务上下文栈指针(stack pointer)、任务状态、任务优先级、任务ID、任务名、任务栈大小等信息。TCB可以反映出每个任务运行情况。

任务切换

任务切换包含获取就绪队列中最高优先级任务、切出任务上下文保存、切入任务上下文恢复等动作。

任务运行机制

用户创建任务时,系统会初始化任务栈,预置上下文。此外,系统还会将“任务入口函数”地址放在相应位置。这样在任务第一次启动进入运行态时,将会执行“任务入口函数”。