内核开发——任务管理1.任务相关概念解析及解析

一.HarmonyOS内核开发——任务管理1.任务管理简介

(1)、从系统的角度看，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、使用显存空间等系统资源，并独立于其它任务运行。

(2)、LiteOS的任务模块可以给用户提供多个任务,实现了任务之间的切换和通讯，帮助用户管理业务程序流程。这样用户可以将更多的精力投入到业务功能的实现中。

(3)、LiteOS中的任务是占领式调度机制，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能够得到调度,同时支持时间片轮转调度形式。

(4)、LiteOS的任务默认有32个优先级(0-31),最高优先级为0,最低优先级为31。

2.任务相关概念(1).任务状态

任务状态一般分为以下四种:

就绪(Ready):该任务在就绪列表中，只等待CPU。

运行(Running):该任务正在执行。

阻塞(Blocked):该任务不在就绪列表中。包含任务被挂起、任务被延时、任务正在等待讯号量、读写队列或则等待读写风波等。

退出态(Dead):该任务运行结束，等待系统回收资源。

(2).其他任务相关概念

任务ID:在任务创建时通过参数返回给用户，作为任务的一-个特别重要的标示。

任务优先级:优先级表示任务执行的优先次序。

任务入口函数:每位新任务得到调度后将执行的函数。

任务控制块TCB:每–一个任务都富含一个任务控制块(TCB)。TCB包含了任务上下文栈表针(stackpointer)、任务状态、任务优先级、任务ID、任务名、任务栈大小等信息。TCB可以反映出每位任务运行情况。

任务栈:每一个任务都拥有一个独立的栈空间,我们称为任务栈。

任务上下文:任务在运行过程中使用到的一-些资源，如寄存器等,我们称为任务上下文。LiteOS在任务挂起的时侯会将本任务的任务.上下文信息，保存在自己的任务栈上面，便于任务恢复后,从栈空间中恢复挂起时的上下文信息，因而继续执行被挂起时被打断的代码。

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

3.任务的调度机制

任务状态迁移说明:

就绪态→运行态:任务创建后步入就绪态，发生任务切换时，就绪列表中最高优先级的任务被执行，因而步入运行态，但此刻该任务仍然在就绪列表中。

运行态→阻塞态:任务运行因挂起、读讯号量等待等，在就绪列表中被删掉步入阻塞。

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、读讯号量超时或读到讯号量等)此时被恢复的任务会被加入就绪列表，因而由阻塞态弄成就绪态;此时若果被恢复任务的优先级低于正在运行任务的优先级，则会发生任务切换，将该任务由就绪态弄成运行态。

就绪态-→阻塞态:任务也有可能在就绪态时被阻塞(挂起)。

运行态-→就绪态:有更高优先级任务创建或则恢复后，发生任务切换而步入就绪列表。

运行态+退出态:任务运行结束，内核手动将此任务删掉，此时由运行态变为退出态。

阻塞态-+退出态:阻塞的任务调用删掉插口，任务状态由阻塞态变为退出态。

4.实现任务管理

cmsis_os2的API任务插口简介:

插口名

功能描述

osThreadNew

创建任务

osThreadTerminate

删掉某个任务

osThreadSuspend

任务挂起

osThreadResume

任务恢复

创建任务:osThreadNew(osThreadFunc_tfunc,void*argument,constosThreadAttr_t*attr)

删掉某个任务:osThreadTerminate(osThreadld_tthread_id);

任务挂起:osThreadSuspend(osThreadld_tthread_id);

任务恢复:osThreadResume(osThreadld_tthread_id);

5.实现任务的创建

创建任务插口解读:

osThreadNew(osThreadFunc_tfunc,void*argument,constosThreadAttr_t*attr)

名称

描述

func

任务函数

argument

作为启动参数传递给任务函数的表针

attr

任务入口函数的参数列表

返回值

任务ID

二.HarmonyOS内核开发——软件定时器1.软件定时器的基本概念

软件定时器，是基于系统Tick时钟中断且由软件来模拟的定时器，当经过设定的Tick时钟计数值后

会触发用户定义的反弹函数。定时精度与系统Tick时钟的周期有关。

硬件定时器受硬件的限制，数目上不足以满足用户的实际需求，因而为了满足用户需求，提供更

多的定时器，LiteOS操作系统提供软件定时器功能。

软件定时器扩充了定时器的数目,准许创建更多的定时业务。

软件定时器功能上支持:

●静态剪裁:能通过宏关掉软件定时器功能。

●软件定时器创建。

●软件定时器启动。

●软件定时器停止。

●软件定时器删掉。

●软件定时器剩余Tick数获取。

2.软件定时器运作机制

软件定时器使用了系统的一个队列和一个任务资源，软件定时器的触发遵守队列规则，先进先出。

定时时间短的定时器总是比定时时间长的紧靠队列头,满足优先被触发的准则。

软件定时器以Tick为基本计时单位，当用户创建并启动一个软件定时器时，HuaweiLiteOS会依照

当前系统Tick时间及用户设置的定时间隔确定该定时器的到期Tick时间，并将该定时器控制结构挂

入计时全局数组。

当Tick中断到来时，在Tick中断处理函数中扫描软件定时器的计时全局数组，看是否有定时器超时,

若有则将超时的定时器记录出来。

Tick中断处理函数结束后，软件定时器任务(优先级为最高)被唤起，在该任务中调用之前记录下

来的定时器的超时反弹函数。

3.实现软件定时器创建

cmsis_os2的API软件定时器插口简介:

插口名

功能描述

osTimerNew

创建定时器

osTimerStart

启动定时器

osTimerStop

停止定时器

osTimerDelete

删掉定时器

创建定时器:osTimerNew(osTimerFunc_tfunc,osTimerType_ttype,void*argument,constosTimerAttr_t*attr);

启动定时器:osTimerStart(osTimerld_ttimer_id,uint32_tticks);

停止定时器:osTimerStop(osTimerld_ttimer_id);

删掉定时器:osTimerDelete(osTimerld_ttimer_id);

三.HarmonyOS内核开发——信号量1.讯号量基本概念

1、信号量(Semaphore)是一种实现任务间通讯的机制，实现任务之间同步或临界资源的互斥访问。常用于协助一组互相竞争的任务来访问临界资源。

2、在多任务系统中，各任务之间须要同步或互斥实现临界资源的保护，讯号量功能可以为用户提供这方面的支持。

3、通常-个讯号量的计数值用于对应有效的资源数,表示剩下的可被占用的互耗资源数。其值的涵义分两种情况:

1)0,表示没有积累出来的Post讯号量操作,且有可能有在此讯号量上阻塞的任务。

2)正值，表示有一个或多个Post讯号量操作。

4、以同步为目的的讯号量和以互斥为目的的讯号量在使用有如下不同:.

1)用作互斥时，讯号量创建杂记数是满的，在须要使用临界资源时，先取讯号量，使其变空，这样其他任务须要使用临界资源时都会由于未能取到讯号量而阻塞,因而保证了临界资源的安全。

2)用作同步时消息队列使用流程图，讯号量在创建后被置为空，任务1取讯号量而阻塞，任务2在某种条件发生后,释放讯号量，于是任务1得以步入READY或RUNNING态，进而达到了两个任务间的同步。

2.讯号量运作机制

1、信号量初始化，为配置的N个讯号量申请显存(N值可以由用户自行配置,受显存限制),并把所有的讯号量初始化成未使用消息队列使用流程图，并加入到未使用数组中供系统使用。

2、信号量创建，未曾使用的讯号量数组中获取一个讯号量资源，并设定年率。

3、信号量申请,若其计数器值小于0,则直接减1返回成功。否则任务阻塞,等待其它任务释放该讯号量,等待的超时时间可设定。当任务被一个讯号量阻塞时，将该任务挂到讯号量等待任务队列的队尾。

4、信号量释放，若没有任务等待该讯号量，则直接将计数器加1返回。否则唤起该讯号量等待任务队列上的第一个任务。

5、信号量删掉，将正在使用的讯号量置为未使用讯号量,并挂回到未使用数组。

6、信号量允许多个任务在同一时刻访问同一资源,但会限制同一时刻访问此资源的最大任务数量。访

问同一资源的任务数达到该资源的最大数目时，会阻塞其他企图获取该资源的任务，直至有任务释放

该讯号量。

3.实现讯号量功能

cmsis_os2的API讯号量插口简介:

插口名

功能描述

osSemaphoreNew

创建讯号量

osSemaphoreAcquire

获取讯号量

osSemaphoreRelease

释放讯号量

osSemaphoreDelete

删掉讯号量

创建互斥锁:osSemaphoreNew(uint32_tmax_count,uint32_tinitial_count,constosSemaphoreAttr_t*attr);

获取互斥锁:osSemaphoreAcquire(osSemaphoreld_tsemaphore_id,uint32_ttimeout);

释放互斥锁:osSemaphoreRelease(osSemaphoreld_tsemaphore_id);

删掉互斥锁:osMutexDelete(osMutexld_tmutex_id);

四.HarmonyOS内核开发——事件管理1.风波基本概念

风波是一种实现任务间通讯的机制，可用于实现任务间的同步，但风波通讯只能是风波类型的通讯，无数据传输。一个任务可以等待多个风波的发生:可以是任意一个风波发生时唤起任务进行风波处理;也可以是几个风波都发生后才唤起任务进行风波处理。风波集合用32位无符号整型变量来表示,每一位代表一个风波。

多任务环境下，任务之间常常须要同步操作。风波可以提供一对多、多对多的同步操作。一对多同步模型:一个任务等待多个风波的触发;多对多同步模型:多个任务等待多个风波的触发。

任务可以通过创建风波控制块来实现对风波的触发和等待操作。LiteOS的风波仅用于任务间的同步,

2.风波运作机制

读风波时，可以依照入参风波网段类型uwEventMask读取风波的单个或则多个风波类型。风波读取成功后,假如设置LOS_WAITMODE_CLR会去除已读取到的风波类型，反之不会消除已读到的风波类型，需显式消除。可以通过入参选择读取模式，读取风波网段类型中所有风波还是读取风波网段类型中任意风波。

写风波时，对指定风波写入指定的风波类型，可以一次同时写多个风波类型。写风波会触发任务调度。

去除风波时，按照入参风波和待清理的风波类型，对风波对应位进行清0操作。

3.实现风波功能

cmsis_os2的API风波插口简介:

插口名

功能描述

osEventFlagsNew

创建风波标记对象

osEventFlagsSet

设置风波标记

osEventFlagsWait

等待风波标记触发

osEventFlagsDelete

删掉风波标记对象

创建风波标记对象:osEventFlagsNew(constosEventFlagsAttr_t*attr);

设置风波标记:osEventFlagsSet(osEventFlagsld_tef_id,uint32_tflags);

等待风波标记触发:osEventFlagsWait(osEventFlagsld_tef_id,uint32_tflags,uint32_toptions,uint32_ttimeout);

删掉风波标记对象:osEventFlagsDelete(osEventFlagsld_tef_id);

五.HarmonyOS内核开发——互斥锁1.互斥锁基本概念

1、互斥锁又称互斥型讯号量,是一种特殊的二值性讯号量,用于实现对共享资源的独占式处理。

2、任意时刻互斥锁的状态只有两种:换锁或闭锁。

3、当有任务持有时，互斥锁处于闭锁状态,这个任务获得该互斥锁的所有权。

4、当该任务释放时，该互斥锁被换锁，任务丧失该互斥锁的所有权。

5、当一个任务持有互斥锁时，其他任务将不能再对该互斥锁进行换锁或持有。

6、多任务环境下常常存在多个任务竞争同一共享资源的应用场景，互斥锁可被用于对共享资源的保护因而实现独占式访问。另外，互斥锁可以解决讯号量存在的优先级翻转问题。

LiteOS提供的互斥锁具有如下特征:

通过优先级承继算法，解决优先级翻转问题。

2.互斥锁运行机制运作原理

多任务环境下会存在多个任务访问同一公共资源的场景,而有些公共资源是非共享的，须要任务进行独占式处理。互斥锁如何来防止这些冲突呢?

用互斥锁处理非共享资源的同步访问时，假若有任务访问该资源，则互斥锁为加锁状态。此时其他任务假如想访问这个公共资源则会被阻塞，直至互斥锁被持有该锁的任务释放后，其他任务能够重新访问该公共资源，此时互斥锁再度上锁,这么确保同一时刻只有一个任务正在访问这个公共资源，保证了公共资源操作的完整性。

3.实现互斥锁功能

cmsis_os2的API互斥锁插口简介:

插口名

功能描述

osMutexNew

创建互斥锁

osMutexAcquire

获取互斥锁

osMutexRelease

释放互斥锁

osMutexDelete

删掉互斥锁

创建互斥锁:osMutexNew(constosMutexAttr_t*attr);

获取互斥锁:osMutexAcquire(osMutexld_tmutex_id,uint32_ttimeout);

释放互斥锁:osMutexRelease(osMutexld_tmutex_id);

删掉互斥锁:osMutexDelete(osMutexld_tmutex_id);

六.HarmonyOS内核开发——消息队列1.消息队列基本概念

消息队列，是一种常用于任务间通讯的数据结构，实现了接收来自任务或中断的不固定宽度的消息，并按照不同的插口选择传递消息是否储存在自己空间。任务才能从队列上面读取消息，当队列中的消息是空时，挂起读取任务;当队列中有新消息时，挂起的读取任务被唤起并处理新消息。

用户在处理业务时，消息队列提供了异步处理机制，准许将一个消息装入队列，但并不立刻处理它，同时队列能够起到缓冲消息作用。

LiteOS中使用队列数据结构实现任务异步通讯工作，具有如下特点:

●消息以先进先出形式排队，支持异步读写工作方法。

●读队列和写队列都支持超时机制。

●发送消息类型由通讯双方约定，可以容许不同宽度(不超过队列节点最大值)消息。

●一个任务才能从任意一个消息队列接收和发送消息。

●多个任务才能从同一个消息队列接收和发送消息。

●当队列使用结束后，假如是动态申请的显存，须要通过释放显存函数回收。

2.消息队列运作机制

运作原理

创建队列时，依据用户传入队列宽度和消息节点大小来开辟相应的显存空间以供该队列使用，返回队列ID。

在队列控制块中维护一个消息头节点位置Head和一个消息尾节点位置Tail来表示当前队列中消息储存情况。Head表示队列中被占用消息的起始位置。Tail表示队列中被空闲消息的起始位置。刚创建时Head和Tail均指向队列起始位置。

写队列时，按照Tail找到被占用消息节点末尾的空闲节点作为数据写入对象。

读队列时，按照Head找到最先写入队列中的消息节点进行读取。

删掉队列时，按照传入的队列ID找寻到对应的队列，把队列状态置为未使用，释放原队列所占的空间，对应的队列控制头置为初始状态。

3.实现消息队列功能

cmsis_os2的API消息队列插口简介:

插口名

功能描述

osMessageQueueNew

创建消息队列

osMessageQueuePut

发送消息

osMessageQueueGet

获取消息

osMessageQueueDelete

删掉消息队列

创建消息队列:osMutexNew(constosMutexAttr_t*attr);

发送消息:osMutexAcquire(osMutexld_tmutex_id,uint32_ttimeout);

获取消息:osMutexRelease(osMutexld_tmutex_id);

删掉消息队列:osMutexDelete(osMutexld_tmutex_id);