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任务管理

任务task是XiUOS中处理器使用权分配的最小单位。每个任务有自己的程序栈与寄存器上下文在多处理器平台上可以互不干扰地同时运行但单个处理器上任意时刻只能有一个任务在运行。用户可以使用XiUOS提供的接口创建任意数量的任务。内核会对系统中的所有任务按照一定策略抢占式优先级或先来先服务进行调度以最大限度地利用处理器资源。用户可以使用XiUOS提供的接口创建任意数量的任务。

任务状态

系统中的任务在任意时刻都处于就绪ready、运行running、阻塞/挂起suspend、退出quit四种状态之一。状态之间的变化关系如下图所示。

task_status

任务在创建完成后会进入就绪状态并被加入就绪队列等待内核调度。当任务被调度开始运行时,任务会进入运行状态。若任务在运行过程中被更高优先级的任务抢占,则被强占的任务会回到就绪队列并再次进入就绪状态。当任务在运行过程中申请资源失败时,任务会被挂起并进入挂起状态,并在所申请资源能够被满足时回到就绪状态。当任务执行完成,即从入口函数返回时,会进入终止状态,并由内核回收其相关资源。

任务调度

任务调度即从系统就绪队列中按一定策略选择任务使其进入运行状态的过程。XiUOS支持以下调度方式

  • 抢占式优先级调度:在创建任务时可以指定任务的优先级,内核总是选取就绪队列中优先级最高的任务。当新创建的任务优先级高于正在运行的任务的优先级时,当前运行的任务会被抢占。若就绪队列中最高优先级任务有多个,则这些任务会按时间片轮转交替运行。
  • 先来先服务FIFO调度任务按照被创建的顺序依次被执行。当一个任务运行完成后系统才会让下一个任务开始运行。
  • 时间片轮转RR调度任务按照分配的时间片执行时间片结束调度一个新的就绪任务执行当前任务重新就绪等待下一次的调度。

任务结构定义

每个任务在内核中由一个task_descriptor结构表示二者一一对应。

struct task_descriptor
{
	void       *stack_pointer;
	
	struct dync_sched_member dync_sched_member_x;
	
	struct t_baseinfo t_baseinfo_x;
   
 #ifdef XS_USING_SMP
    struct smp_info smp_info_x;
 #endif 

#if defined(XS_USING_EVENT)
	xs_uint32 event_ctrl1:3;
	xs_uint32 event_ctrl2:29;
#endif
    
    xs_err_t    error;                                 
    XS_DOUBLE_LINKLIST   link;                                  
};

其中stack_pointer成员表示该任务的栈的起始地址dync_sched_member_x成员包含与任务调度相关的信息t_baseinfo_x包含任务的基本信息smp_info_x包含与多处理器相关的信息event_ctrl1/event_ctrl2用于实现事件集机制见任务间通信部分文档error为任务调用内核接口时最近的错误码link用于将系统中的所有任务组织成一个双链表。各复合成员的详细定义如下

struct task_baseinfo {
    char name[XS_NAME_MAX];
    void *func_entry;
    void *func_param;
    xs_uint32 stack_size;
    xs_uint8 origin_prio;
};

struct task_baseinfo结构记录了任务的基本属性包括任务的名称name、入口函数和参数func_entry、func_param、栈大小stack_size、优先级origin_prio

struct dync_sched_member {
    xs_uint8 stat;                                                 
    xs_uint8 advance_cnt;
    xs_uint8 cur_prio; 
    xs_ubase origin_timeslice;                             
    xs_ubase rest_timeslice; 
#ifdef XS_USING_TASK_ISOLATION
	xs_uint8 isolation_flag;
	void     *isolation;
#endif
    union {
    	XS_DOUBLE_LINKLIST   sched_link;
    	XS_AVL sched_avl;
    }
    XS_DOUBLE_LINKLIST   pend_link;
    xs_Timer_t task_timer;                    
};

#define XS_SUSPEND    ((1) << (0))
#define XS_READY      ((1) << (1))
#define XS_RUNNING    ((1) << (2))
#define XS_QUIT       ((1) << (3))

struct dync_sched_member结构的成员用于记录与调度相关的信息。stat表示任务的当前状态可以为挂起XS_SUSPEND、就绪XS_READY、运行XS_RUNNING或退出XS_QUIT。advance_cnt表示在配置成短作业预先调度时优先处理的时间片周期个数。cur_prio表示任务当前的优先级为防止出现优先级反转该优先级可以高于任务创建时配置的优先级。origin_timeslice表示在时间片轮转调度中该任务每次运行的时间片。地址空间隔离信息isolation_flag变量和指针isolation。sched_link、sched_avl构成的联合体为就绪队列节点XiUOS中就绪队列可以配置为双链表sched_link或AVL树sched_avl。pend_link为任务挂起时使用的等待队列节点。task_timer用于任务睡眠的计时。

struct smp_info {
    xs_uint8  combined_coreid;
    xs_uint8  runing_coreid;
};

struct smp_info结构包含多处理器相关的信息其成员分别表示该任务绑定的CPU ID与正在运行的CPU ID。

任务函数接口

struct xs_utask
{
	char        name[XS_NAME_MAX];         
    void        *func_entry;                
    void        *func_param;     
    xs_uint32   stack_size;  
    xs_uint8    prio; 
};
typedef struct xs_utask struct xs_utask;

struct task_descriptor* xs_UserTaskCreate(xs_utask_x task);

该函数用于用户态创建一个任务。任务的各个属性由一个struct xs_utask结构表示包括任务的名称、入口函数及参数、栈大小和优先级在调用该函数时需要传入该结构的实例用于配置任务。任务创建成功后内核会为其分配指定大小的栈及其他结构如struct task_descriptor结构并返回任务描述符指针。

参数 描述
task 任务配置属性
xs_int32 xs_UserTaskDelete(struct task_descriptor task);

该函数用于删除一个任务强制使其进入退出状态。若删除成功则返回XS_EOK若失败则返回-XS_ERROR。

参数 描述
task 待删除的任务描述符
xs_int32 xs_UserTaskCoreCombine(struct task_descriptor task, xs_uint8 coreid);

该函数用于将任务绑定至指定的处理器上。若绑定成功则返回XS_EOK若失败则返回-XS_ERROR。

参数 描述
task_id 待绑定的任务描述符
coreid 带绑定的处理器ID
xs_int32 xs_UserTaskCoreUncombine(struct task_descriptor task);

该函数用于解除任务与处理器的绑定。若解除成功则返回XS_EOK若失败则返回-XS_ERROR。

参数 描述
task 待解除绑定的任务描述符
xs_int32 xs_UserTaskDelay(xs_ticks_x ticks);

该函数用于将当前任务挂起一定时间单位为tick。挂起时间结束后任务会进入就绪状态可以继续被调度。

参数 描述
ticks 任务挂起时间单位为tick
struct task_descriptor* xs_UserTaskSearch(char *name)

该函数用于从任务名称获取任务描述符。

参数 描述
name 任务名称

使用场景

  • 在多处理器设备上,多个任务可以并行运行,从而提高处理器的利用率。
  • 在一些中断驱动的应用中,如果中断需要处理的工作过于复杂,则可以创建一个任务专门用于处理相关工作,从而改善中断延迟。