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          實時操作系統(tǒng)的任務(wù)調(diào)度原因分析

          作者: 時間:2016-12-01 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
          最近看了一些實時操作系統(tǒng)的源碼,關(guān)于任務(wù)調(diào)度是實時操作系統(tǒng)的重要組成部分,但是何時發(fā)生調(diào)度,怎樣才能發(fā)生調(diào)度卻不是非常的清晰,書中一本而言所說的都是“如果有更高優(yōu)先級任務(wù)就緒,就會發(fā)生調(diào)度”,這會讓很多的讀者產(chǎn)生很大的歧義:

          在當(dāng)前的任務(wù)中,并沒有關(guān)于就緒表等全局變量的訪問,當(dāng)前的任務(wù)也有自己的堆棧空間,我并不知道是否有更高優(yōu)先級的任務(wù)就緒,之所以產(chǎn)生這些疑惑是沒有搞清楚什么時候發(fā)生調(diào)度,怎么知道需要調(diào)度。當(dāng)前運行的任務(wù),一般而言就是所謂的最高優(yōu)先級的任務(wù),在沒有訪問一系列全局變量的過程中,內(nèi)核又是如何知道存在一個更高優(yōu)先級的任務(wù)被就緒了呢?

          一般而言,對于搶占型實時內(nèi)核,一般在同步、或者通信的過程中會主動的調(diào)用調(diào)度函數(shù),或者任務(wù)的掛起函數(shù)中使用調(diào)度函數(shù),其他的函數(shù)中并沒有發(fā)現(xiàn)其他的調(diào)度函數(shù),而且這種情況下都是手動的調(diào)度任務(wù),那么在沒有這些函數(shù)的情況下,實時操作系統(tǒng)中內(nèi)核是如何知道需要調(diào)度的呢?

          我仔細(xì)查找了一些資料,別人總結(jié)了一些操作系統(tǒng)發(fā)生調(diào)度的原因如下:
            (1)正在執(zhí)行的進(jìn)程執(zhí)行完畢。這時,如果不選擇新的就緒進(jìn)程執(zhí)行,將浪費處理機(jī)資源。
            (2)執(zhí)行中進(jìn)程自己調(diào)用阻塞原語將白己阻塞起來進(jìn)入睡眠等狀態(tài)。
            (3)執(zhí)行中進(jìn)程調(diào)用了P原語操作,從而因資源不足而被阻塞;或調(diào)用了v原語操作激活了等待資源的進(jìn)程隊列。
            (4)執(zhí)行中進(jìn)程提出I/O請求后被阻塞。
            (5)在分時系統(tǒng)中時間片已經(jīng)用完。
            (6)在執(zhí)行完系統(tǒng)調(diào)用等系統(tǒng)程序后返回用戶進(jìn)程時,這時可看作系統(tǒng)進(jìn)程執(zhí)行完畢,從而可調(diào)度選擇一新的用戶進(jìn)程執(zhí)行。
            以上都是在可剝奪方式下的引起進(jìn)程調(diào)度的原因。在CPU執(zhí)行方式是可剝奪時.還有
            (7)就緒隊列中的某進(jìn)程的優(yōu)先級變得高于當(dāng)前執(zhí)行進(jìn)程的優(yōu)先級,從而也將引發(fā)進(jìn)程調(diào)度。
          我對比了在實時操作系統(tǒng)中經(jīng)常使用的調(diào)度方式發(fā)現(xiàn),原因(2)、(3)、(7)是主要的原因,其他的一般在實時操作系統(tǒng)中很難找到。但是這還是不能回答什么時候發(fā)生調(diào)度這個問題。

          我認(rèn)為在實時操作系統(tǒng)中發(fā)生調(diào)度的主要有兩個部分:
          (1)自身需要睡眠等待,必須手動的調(diào)用調(diào)度函數(shù)(信息量,或者通信機(jī)制)。
          (2)發(fā)生中斷過,當(dāng)執(zhí)行完中斷服務(wù)函數(shù)以后,需要重新調(diào)度。

          其中原因(2)是我們在分析實時操作系統(tǒng)中實時性能的主要因素,很多人又會有很多的疑問,如果操作系統(tǒng)中很少使用中斷,實質(zhì)上在實時系統(tǒng)中必須存在的一個中斷就是時間節(jié)拍中斷,這個中斷的存在就能保證實時操作系統(tǒng)的實時型。這個時間節(jié)拍選擇也是設(shè)計過程中必須注意的。我們可以參看uC/OS-II的時間節(jié)拍代碼,其中完成了所有對非任務(wù)掛起的任務(wù)的就緒操作(時間到期),這時也就知道了那個任務(wù)需要我們調(diào)度。在其他的中斷服務(wù)函數(shù)執(zhí)行完成以后也就需要那個任務(wù)需要被執(zhí)行,進(jìn)而實現(xiàn)了實時操作。

          本文引用地址:http://yuyingmama.com.cn/article/201612/324518.htm

          void OSTimeTick (void)
          {
          #if OS_CRITICAL_METHOD == 3 /* Allocate storage for CPUstatusregister */
          OS_CPU_SR cpu_sr;
          #endif
          OS_TCB *ptcb;

          OSTimeTickHook(); /* Call user definable hook */
          #if OS_TIME_GET_SET_EN > 0
          OS_ENTER_CRITICAL(); /* Update the 32-bit tick counter */
          OSTime++;
          OS_EXIT_CRITICAL();
          #endif
          if (OSRunning == TRUE) {
          ptcb = OSTCBList; /* Point at first TCB in TCB list */
          while (ptcb->OSTCBPrio != OS_IDLE_PRIO) { /* Go through all TCBs in TCB list */
          OS_ENTER_CRITICAL();
          if (ptcb->OSTCBDly != 0) { /* Delayed or waiting for event with TO */
          if (--ptcb->OSTCBDly == 0) { /* Decrement nbr of ticks to end of delay */
          if ((ptcb->OSTCBStat & OS_STAT_SUSPEND) == OS_STAT_RDY) { /* Is task suspended? */
          OSRdyGrp |= ptcb->OSTCBBitY; /* No, Make task R-to-R (timed out)*/
          OSRdyTbl[ptcb->OSTCBY] |= ptcb->OSTCBBitX;
          } else {
          /* Yes, Leave 1 tick to prevent ... */
          ptcb->OSTCBDly = 1; /* ... loosing the task when the ... */
          } /* ... suspension is removed. */
          }
          }
          ptcb = ptcb->OSTCBNext; /* Point at next TCB in TCB list */
          OS_EXIT_CRITICAL();
          }
          }
          }

          從上面的代碼中我們可以知道每個任務(wù)都會被掃描一次,檢測是否能夠就緒,如果能夠就緒就將就緒表中的值設(shè)置,這樣也就知道了是否有更高優(yōu)先級的任務(wù)就緒,是否需要調(diào)度操作。因為時間節(jié)拍中斷的不斷發(fā)生就能保證最高優(yōu)先級任務(wù)的發(fā)生。因此時間節(jié)拍中斷函數(shù)是在實時操作系統(tǒng)中非常重要的函數(shù)之一。當(dāng)然任務(wù)之間切換以及在中斷中切換到新的任務(wù)中的切換代碼也是非常重要的,但是這些一般涉及到CPU寄存器的值,需要匯編代碼實現(xiàn)。
          因為中斷完成以后很多的任務(wù)可能因為信號量等信息的釋放已經(jīng)就緒,這時候必然需要任務(wù)的調(diào)度操作,這時候也就知道了那個任務(wù)是最高優(yōu)先級的,那個任務(wù)應(yīng)該被執(zhí)行。這時也就是發(fā)生調(diào)度的時刻。

          在UC/OS-II中通常采用關(guān)閉中斷的方式進(jìn)入臨界區(qū),因為關(guān)閉了中斷,所有的中斷服務(wù)函數(shù)都不會被執(zhí)行,也就不會發(fā)生任務(wù)的調(diào)度。那么只有一個情況才會發(fā)生調(diào)度,也就是任務(wù)自身需要睡眠,手動選擇調(diào)度函數(shù),但是在臨界區(qū)中不應(yīng)該發(fā)生睡眠等,因此也就不可能手動調(diào)度,因此所有發(fā)生調(diào)度的可能都被清除了,這樣也就保證了臨界區(qū)代碼的安全性。



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