十一、任务调度算法

1、重要概念

(1)正在运行的任务，被称为“正在使用处理器”，它处于运行状态。在单处理器系统中，任何时间里只能有一个任务处于运行状态。

(2)非运行状态的任务，它处于这3种状态之一：阻塞(Blocked)、暂停(Suspended)、就绪(Ready)。

(3)就绪态的任务，可以被调度器挑选出来切换为运行状态，调度器永远都是挑选最高优先级的就绪态任务并让它进入运行状态。

(4)阻塞状态的任务，它在等待“事件”，当事件发生时任务就会进入就绪状态。事件分为两类：时间相关的事件、同步事件。

(5)所谓时间相关的事件，就是设置超时时间：在指定时间内阻塞，时间到了就进入就绪状态。使用时间相关的事件，可以实现周期性功能、可以实现超时功能。

(6)同步事件就是：某个任务在等待某些信息，别的任务或者中断服务程序会给它发送信息。怎么“发送信息”？方法很多，有：任务通知(task notfication)、队列(queue)、事件组(event group)、信号量(semaphoe)、互斥量(mutex)等。这些方法用来发送同步信息，比如表示某个外设得到了数据。

2、配置调度算法

(1)调度算法，就是怎样确定哪个就绪态的任务可以切换为运行状态。

(2)通过配置文件FreeRTOSConfig.h的两个配置项来配置调度算法。

• configUSE_PREEMPTION
• configUSE_TIME_SLICING

(3)还有第三个配置项：configUSE_TICKLESS_IDLE，它是一个高级选项，用于关闭Tick中断来实现省电，后续单独讲解。现在我们假设configUSE_TICKLESS_IDLE被设为0，先不使用这个功能。

(4)调度算法的行为主要体现在两个方面：高优先级的任务优先运行、同优先级的就绪态任务如何被选中。调度算法要确保同优先级的就绪态任务，能“轮流”运行，策略是“轮转调度”(Round Robin Scheduling)。轮转调度并不保证任务的运行时间是公平分配的，我们还可以细化时间的分配方法。

(5)从三个角度统一理解多种调度算法：

• 可否抢占?高优先级的任务能否优先执行。
• 可抢占的前提下，同优先级的任务是否轮流执行。
• 在"可抢占"+"轮流执行"的前提下，进一步细化：空闲任务是否让步于用户任务。

(6)可否抢占？高优先级的任务能否优先执行(配置项: configUSE_PREEMPTION)

• 可以：被称作“可抢占调度”(Pre-emptive)，高优先级的就绪任务马上执行，下面在细化。
• 不可以：不能抢就只能协商了，被称作“合作调度模式”(Co-operative Scheduling)。
  • 当前任务执行时，更高优先级的任务就绪了也不能马上运行，只能等待当前任务主动让出CPU资源。
  • 其他同优先级的任务也只能等待：更高优先级的任务都不能抢占，平级的更因该老实点。

(7)可抢占的前提下，同优先级的任务是否轮流执行(配置项：configUSE_TIME_SLICING)

• 轮流执行：被称为“时间片轮转”(Time Slicing)，同优先级的任务轮流执行，你执行一个时间片、我在执行一个时间片。
• 不轮流执行：英文为“without Time Slicing”，当前任务会一直执行，直到主动放弃、或者被高优先级任务抢占。

(8)在"可抢占"+“时间片轮转”的前提下，进一步细化：空闲任务是否让步于用户任务(配置项：configIDLE_SHOULD_YIELD)

• 空闲任务低人一等，每执行一次循环，就看看是否主动让位给用户任务。
• 空闲任务跟用户任务一样，大家轮流执行，没有谁更特殊。

(9)列表如下：

配置项	A	B	C	D	E
configUSE_PREEMPTION	1	1	1	1	0
configUSE_TIME_SLICING	1	1	0	0	x
configIDLE_SHOULD_YIELD	1	0	1	0	x
说明	常用	很少用	很少用	很少用	几乎不用

注:

A：可抢占+时间片轮转+空闲任务让步
B：可抢占+时间片轮转+空闲任务不让步
C：可抢占+非时间片轮转+空闲任务让步
D：可抢占+非时间片轮转+空闲任务不让步
E：合作调度