RTOS基本原理:多任务和调度-FreeRTOS是如何工作的

FreeRTOS是如何工作的--RTOS基本原理:多任务和调度

作者：Gavin Lee   来源：upsdn.net    更新日期：2006-04-12

RTOS基本原理
多任务
调度
上下文切换
实时应用
实时调度

这一节提供一个关于实时和多任务概念的简介。读下一节之前必须理解这些概念。

多任务(Multitasking)

在一个操作系统内部，内核[kernel]是最核心的部件。像Linux那样的操作系统使用的内核，从表面上看(seemingly)，允许用户并发（simultaneously）访问 计算机。多个用户似乎(apparently)可以并行(concurrently)执行多个程序。

在操作系统的控制下，每个正在执行的程序就是一个任务[task]。如果一个操作系统能够以这种方法执行多个任务，这就叫做多任务[multitasking].

多任务操作系统的使用可以简化应用程序的设计:
1． 操作系统的多任务和任务间通信的机制允许复杂的应用程序被分成一系列更小的和更多的可以管理的任务。
2． (程序的)划分(partitioning)让软件测试更容易, 团队工作分解(work breakdown within teams),也有利于代码复用。
3． 复杂的定时和先后顺序的细节 可以从应用程序代码中 删除。（因为）这成为操作系统的职责。

多任务Vs 并发

传统的(conventional)的处理器同时只能执行一个任务。但通过快速的任务切换，一个多任务操作系统可以使它看起来(appear)好像每个任务并行执行一样。这可以下面的示意图来描述（depicted）。它显示了有关(with respect to)时间的3个任务的执行模式。任务名用颜色标注出来，写在左手边。时间从左到右增加，相应的颜色的线条 显示该任务在某个特殊时间正在执行。上面的图 演示的是用户所觉察到的并行执行模式，下面的图是实际的多任务执行模式。

 ----所有可用的任务都好像在执行，但实际上在任何一个时刻都只有一个任务在执行

 

调度

调度器（scheduler）是内核中负责 决定在某个特殊时间 哪个任务应该执行的部分。内核可以在任务的生命期(lifetime) 挂起(suspend) / 恢复（resume）一个任务许多次。

调度策略（scheduling policy）是调度器用来决定哪个任务在哪个时间点执行的算法。一个（非实时）多用户系统的策略很可能分配(allow)给每个任务一个"公平"(fair)的处理器时间片(proportion of processor time)。用在实时系统/嵌入式系统的策略稍后再描述。

除了被RTOS内核无意的挂起外，一个任务还可以自己挂起自己。如果一个任务想延迟一段固定的时间(也就是sleep),或者等待(也就是block)某个资源可用（比如一个串口），或者等待一个事件出现(比如一个键按下)。一个阻塞或者睡眠的任务是不能执行的，不会为它分配任何处理时间。

上图中提到的编号:
1) Task1正在运行
2) 内核挂起Task1
3) 恢复任务Task2
4) Task2正在执行，为独占访问（exclusive access），它锁定一个处理器外设
5) 内核 挂起Task2
6) 恢复Task3
7) Task3试图访问同样的处理器外设，发现它被锁定，Task3不能继续，所以自己挂起自己。
8) 内核恢复Task1
………….
9) 接下来(the next time)，Task2在9处执行。它完成了对处理器外设的访问，所以解锁它
10) 再下来，Task3在10处执行。它发现 现在可以访问处理器外设了，于是开始执行，直到被内核挂起。