1# 任务管理 2 3 4## 基本概念 5 6从系统角度看，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、使用内存空间等系统资源，各任务的运行相互独立。 7 8OpenHarmony LiteOS-M的任务模块可以给用户提供多个任务，实现任务间的切换，帮助用户管理业务程序流程。任务模块具有如下特性： 9 10- 支持多任务。 11 12- 一个任务表示一个线程。 13 14- 抢占式调度机制，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才能得到调度。 15 16- 相同优先级任务支持时间片轮转调度方式。 17 18- 共有32个优先级[0-31]，最高优先级为0，最低优先级为31。 19 20 21### 任务相关概念 22 23**任务状态** 24 25任务有多种运行状态。系统初始化完成后，创建的任务就可以在系统中竞争一定的资源，由内核进行调度。 26 27任务状态通常分为以下四种： 28 29- 就绪（Ready）：该任务在就绪队列中，只等待CPU。 30 31- 运行（Running）：该任务正在执行。 32 33- 阻塞（Blocked）：该任务不在就绪队列中。包含任务被挂起（suspend状态）、任务被延时（delay状态）、任务正在等待信号量、读写队列或者等待事件等。 34 35- 退出态（Dead）：该任务运行结束，等待系统回收资源。 36 37**任务状态迁移** 38 39 **图1** 任务状态示意图 40 41  42 43系统会同时存在多个任务，因此就绪态和阻塞态的任务分别会加入就绪队列和阻塞队列。队列只是相同状态任务的合集，加入队列的先后与任务状态迁移的顺序无关。运行态任务仅存在一个，不存在运行态队列。 44 45**任务状态迁移说明** 46 47- 就绪态→运行态 48 任务创建后进入就绪态，发生任务切换时，就绪队列中最高优先级的任务被执行，从而进入运行态，同时该任务从就绪队列中移出。 49 50- 运行态→阻塞态 51 正在运行的任务发生阻塞（挂起、延时、读信号量等）时，将该任务插入到对应的阻塞队列中，任务状态由运行态变成阻塞态，然后发生任务切换，运行就绪队列中最高优先级任务。 52 53- 阻塞态→就绪态（阻塞态→运行态的前置条件） 54 阻塞的任务被恢复后（任务恢复、延时时间超时、读信号量超时或读到信号量等），此时被恢复的任务会被加入就绪队列，从而由阻塞态变成就绪态；此时如果被恢复任务的优先级高于正在运行任务的优先级，则会发生任务切换，该任务由就绪态变成运行态。 55 56- 就绪态→阻塞态 57 任务也有可能在就绪态时被阻塞（挂起），此时任务状态由就绪态变为阻塞态，该任务从就绪队列中移出，不会参与任务调度，直到该任务被恢复。 58 59- 运行态→就绪态 60 有更高优先级任务创建或者恢复后，会发生任务调度，此刻就绪队列中最高优先级任务变为运行态，那么原先运行的任务由运行态变为就绪态，依然在就绪队列中。 61 62- 运行态→退出态 63 运行中的任务运行结束，任务状态由运行态变为退出态。退出态包含任务运行结束的正常退出状态以及Invalid状态。例如，任务运行结束但是没有自删除，对外呈现的就是Invalid状态，即退出态。 64 65- 阻塞态→退出态 66 阻塞的任务调用删除接口，任务状态由阻塞态变为退出态。 67 68**任务ID** 69 70在任务创建时通过参数返回给用户。系统中任务ID号是唯一的，是任务的重要标识。用户可以通过任务ID对指定任务进行任务挂起、任务恢复、查询任务名等操作。 71 72**任务优先级** 73 74优先级表示任务执行的优先顺序。任务的优先级决定了在发生任务切换时即将要执行的任务，就绪队列中最高优先级的任务将得到执行。 75 76**任务入口函数** 77 78新任务得到调度后将执行的函数。该函数由用户实现，在任务创建时，通过任务创建结构体设置。 79 80**任务栈** 81 82每个任务都拥有一个独立的栈空间，我们称为任务栈。栈空间里保存的信息包含局部变量、寄存器、函数参数、函数返回地址等。 83 84**任务上下文** 85 86任务在运行过程中使用的一些资源，如寄存器等，称为任务上下文。当这个任务挂起时，其他任务继续执行，可能会修改寄存器等资源中的值。如果任务切换时没有保存任务上下文，可能会导致任务恢复后出现未知错误。因此在任务切换时会将切出任务的任务上下文信息，保存在自身的任务栈中，以便任务恢复后，从栈空间中恢复挂起时的上下文信息，从而继续执行挂起时被打断的代码。 87 88**任务控制块（TCB）** 89 90每个任务都含有一个任务控制块(TCB)。TCB包含了任务上下文栈指针（stack pointer）、任务状态、任务优先级、任务ID、任务名、任务栈大小等信息。TCB可以反映出每个任务运行情况。 91 92**任务切换** 93 94任务切换包含获取就绪队列中最高优先级任务、切出任务上下文保存、切入任务上下文恢复等动作。 95 96 97### 任务运行机制 98 99用户创建任务时，系统会初始化任务栈，预置上下文。此外，系统还会将“任务入口函数”地址放在相应位置。这样在任务第一次启动进入运行态时，将会执行“任务入口函数”。 100 101 102## 接口说明 103 104OpenHarmony LiteOS-M内核的任务管理模块提供下面几种功能，接口详细信息可以查看API参考。 105 106 **表1** 任务管理模块接口 107 108| 功能分类 | 接口描述 | 109| -------- | -------- | 110| 创建和删除任务 | LOS_TaskCreateOnly：创建任务，并使该任务进入suspend状态。<br/>LOS_TaskCreate：创建任务，并使该任务进入ready状态，如果就绪队列中没有更高优先级的任务，则运行该任务。<br/>LOS_TaskDelete：删除指定的任务。 | 111| 控制任务状态 | LOS_TaskResume：恢复挂起的任务，使该任务进入ready状态。<br/>LOS_TaskSuspend：挂起指定的任务，然后切换任务。<br/>LOS_TaskJoin：挂起当前任务，等待指定任务运行结束并回收其任务控制块资源<br/>LOS_TaskDelay：任务延时等待，释放CPU，等待时间到期后该任务会重新进入ready状态。传入参数为Tick数目。<br/>LOS_Msleep：任务延时等待，释放CPU，等待时间到期后该任务会重新进入ready状态。传入参数为毫秒数。<br/>LOS_TaskYield：当前任务时间片设置为0，释放CPU，触发调度运行就绪任务队列中优先级最高的任务。 | 112| 控制任务调度 | LOS_TaskLock：锁任务调度，但任务仍可被中断打断。<br/>LOS_TaskUnlock：解锁任务调度。<br/>LOS_Schedule：触发任务调度。 | 113| 控制任务优先级 | LOS_CurTaskPriSet：设置当前任务的优先级。<br/>LOS_TaskPriSet：设置指定任务的优先级。<br/>LOS_TaskPriGet：获取指定任务的优先级。 | 114| 获取任务信息 | LOS_CurTaskIDGet：获取当前任务的ID。<br/>LOS_NextTaskIDGet：获取任务就绪队列中优先级最高的任务的ID。<br/>LOS_NewTaskIDGet：等同LOS_NextTaskIDGet。<br/>LOS_CurTaskNameGet：获取当前任务的名称。<br/>LOS_TaskNameGet：获取指定任务的名称。<br/>LOS_TaskStatusGet：获取指定任务的状态。<br/>LOS_TaskInfoGet：获取指定任务的信息，包括任务状态、优先级、任务栈大小、栈顶指针SP、任务入口函数、已使用的任务栈大小等。<br/>LOS_TaskIsRunning：获取任务模块是否已经开始调度运行。 | 115| 任务信息维测 | LOS_TaskSwitchInfoGet：获取任务切换信息，需要开启编译控制宏：LOSCFG_BASE_CORE_EXC_TSK_SWITCH。 | 116 117## 开发流程 118 119本节介绍任务模块的典型场景开发流程： 120 1211. 锁任务调度LOS_TaskLock，防止高优先级任务调度。 122 1232. 创建任务LOS_TaskCreate。 124 1253. 解锁任务LOS_TaskUnlock，让任务按照优先级进行调度。 126 1274. 延时任务LOS_TaskDelay，任务延时等待。 128 1295. 挂起指定的任务LOS_TaskSuspend，任务挂起等待恢复操作。 130 1316. 恢复挂起的任务LOS_TaskResume。 132 133>  **说明：** 134> - 执行Idle任务时，会对待回收链表中的任务控制块和任务栈进行回收。 135> 136> - 任务名是指针，并没有分配空间，在设置任务名时，禁止将局部变量的地址赋值给任务名指针。 137> 138> - 任务栈的大小按8字节大小对齐。确定任务栈大小的原则是，够用就行，多了浪费，少了任务栈溢出。 139> 140> - 挂起当前任务时，如果已经锁任务调度，则无法挂起。 141> 142> - Idle任务及软件定时器任务不能被挂起或者删除。 143> 144> - 在中断处理函数中或者在锁任务的情况下，执行LOS_TaskDelay会失败。 145> 146> - 锁任务调度，并不关中断，因此任务仍可被中断打断。 147> 148> - 锁任务调度必须和解锁任务调度配合使用。 149> 150> - 设置任务优先级时可能会发生任务调度。 151> 152> - 可配置的系统最大任务数是指：整个系统的任务总个数，而非用户能使用的任务个数。例如：系统软件定时器多占用一个任务资源，那么用户能使用的任务资源就会减少一个。 153> 154> - LOS_CurTaskPriSet和LOS_TaskPriSet接口不能在中断中使用，也不能用于修改软件定时器任务的优先级。 155> 156> - LOS_TaskPriGet接口传入的task ID对应的任务未创建或者超过最大任务数，统一返回-1。 157> 158> - 在删除任务时要保证任务申请的资源（如互斥锁、信号量等）已被释放。 159 160 161## 编程实例 162 163本实例介绍基本的任务操作方法，包含2个不同优先级任务的创建、任务延时、任务锁与解锁调度、挂起和恢复等操作，阐述任务优先级调度的机制以及各接口的应用。示例代码如下： 164 165本演示代码在 ./kernel/liteos_m/testsuites/src/osTest.c 中编译验证，在TestTaskEntry中调用验证入口函数ExampleTask。 166 167 168``` 169#include "los_task.h" 170 171UINT32 g_taskHiId; 172UINT32 g_taskLoId; 173#define TSK_PRIOR_HI 3 /* 高优先级任务的优先级 */ 174#define TSK_PRIOR_LO 4 /* 低优先级任务的优先级 */ 175 176UINT32 ExampleTaskHi(VOID) 177{ 178 UINT32 ret; 179 180 printf("Enter TaskHi Handler.\n"); 181 182 /* 延时100个Ticks，延时后该任务会挂起，执行剩余任务中最高优先级的任务(即TaskLo任务) */ 183 ret = LOS_TaskDelay(100); 184 if (ret != LOS_OK) { 185 printf("Delay TaskHi Failed.\n"); 186 return LOS_NOK; 187 } 188 189 /* 100个Ticks时间到了后，该任务恢复，继续执行 */ 190 printf("TaskHi LOS_TaskDelay Done.\n"); 191 192 /* 挂起自身任务 */ 193 ret = LOS_TaskSuspend(g_taskHiId); 194 if (ret != LOS_OK) { 195 printf("Suspend TaskHi Failed.\n"); 196 return LOS_NOK; 197 } 198 printf("TaskHi LOS_TaskResume Success.\n"); 199 return ret; 200} 201 202/* 低优先级任务入口函数 */ 203UINT32 ExampleTaskLo(VOID) 204{ 205 UINT32 ret; 206 207 printf("Enter TaskLo Handler.\n"); 208 209 /* 延时100个Ticks，延时后该任务会挂起，执行剩余任务中最高优先级的任务 */ 210 ret = LOS_TaskDelay(100); 211 if (ret != LOS_OK) { 212 printf("Delay TaskLo Failed.\n"); 213 return LOS_NOK; 214 } 215 216 printf("TaskHi LOS_TaskSuspend Success.\n"); 217 218 /* 恢复被挂起的任务g_taskHiId */ 219 ret = LOS_TaskResume(g_taskHiId); 220 if (ret != LOS_OK) { 221 printf("Resume TaskHi Failed.\n"); 222 return LOS_NOK; 223 } 224 return ret; 225} 226 227/* 任务测试入口函数，创建两个不同优先级的任务 */ 228UINT32 ExampleTask(VOID) 229{ 230 UINT32 ret; 231 TSK_INIT_PARAM_S taskParam1 = { 0 }; 232 TSK_INIT_PARAM_S taskParam2 = { 0 }; 233 234 /* 锁任务调度，防止新创建的任务比本任务高而发生调度 */ 235 LOS_TaskLock(); 236 237 printf("LOS_TaskLock() Success!\n"); 238 239 taskParam1.pfnTaskEntry = (TSK_ENTRY_FUNC)ExampleTaskHi; 240 taskParam1.usTaskPrio = TSK_PRIOR_HI; 241 taskParam1.pcName = "TaskHi"; 242 taskParam1.uwStackSize = LOSCFG_BASE_CORE_TSK_DEFAULT_STACK_SIZE; 243 taskParam1.uwResved = LOS_TASK_ATTR_JOINABLE; /* detach 属性 */ 244 245 /* 创建高优先级任务，由于锁任务调度，任务创建成功后不会马上执行 */ 246 ret = LOS_TaskCreate(&g_taskHiId, &taskParam1); 247 if (ret != LOS_OK) { 248 LOS_TaskUnlock(); 249 250 printf("Example_TaskHi create Failed!\n"); 251 return LOS_NOK; 252 } 253 254 printf("Example_TaskHi create Success!\n"); 255 256 taskParam2.pfnTaskEntry = (TSK_ENTRY_FUNC)ExampleTaskLo; 257 taskParam2.usTaskPrio = TSK_PRIOR_LO; 258 taskParam2.pcName = "TaskLo"; 259 taskParam2.uwStackSize = LOSCFG_BASE_CORE_TSK_DEFAULT_STACK_SIZE; 260 261 /* 创建低优先级任务，由于锁任务调度，任务创建成功后不会马上执行 */ 262 ret = LOS_TaskCreate(&g_taskLoId, &taskParam2); 263 if (ret != LOS_OK) { 264 LOS_TaskUnlock(); 265 printf("Example_TaskLo create Failed!\n"); 266 return LOS_NOK; 267 } 268 269 printf("Example_TaskLo create Success!\n"); 270 271 /* 解锁任务调度，此时会发生任务调度，执行就绪队列中最高优先级任务 */ 272 LOS_TaskUnlock(); 273 ret = LOS_TaskJoin(g_taskHiId, NULL); 274 if (ret != LOS_OK) { 275 printf("Join Example_TaskHi Failed!, 0x%x\n", ret); 276 } else { 277 printf("Join Example_TaskHi Success!\n"); 278 } 279 return LOS_OK; 280} 281``` 282 283 284 **结果验证** 285 286编译运行得到的结果为： 287 288 289``` 290LOS_TaskLock() Success! 291Example_TaskHi create Success! 292Example_TaskLo create Success! 293Enter TaskHi Handler. 294Enter TaskLo Handler. 295TaskHi LOS_TaskDelay Done. 296TaskHi LOS_TaskSuspend Success. 297TaskHi LOS_TaskResume Success. 298Join Example_TaskHi Success! 299``` 300
