24_调度机制篇

本篇关键词：、、、

下载 >> 离线文档.鸿蒙内核源码分析(百篇博客分析.挖透鸿蒙内核).pdf

任务管理相关篇为:

• v21.07 鸿蒙内核源码分析(任务控制块) | 内核最重要的概念
• v22.05 鸿蒙内核源码分析(并发并行) | 如何搞清楚它俩区分
• v23.03 鸿蒙内核源码分析(就绪队列) | 美好的事物永远值得等待
• v24.08 鸿蒙内核源码分析(调度机制) | 公平是相对的
• v25.05 鸿蒙内核源码分析(任务管理) | 如何管理任务池
• v26.03 鸿蒙内核源码分析(用栈方式) | 谁来提供程序运行场地
• v27.02 鸿蒙内核源码分析(软件定时器) | 内核最高级任务竟是它
• v28.01 鸿蒙内核源码分析(控制台) | 一个让很多人模糊的概念
• v29.01 鸿蒙内核源码分析(远程登录) | 内核如何接待远方的客人
• v30.01 鸿蒙内核源码分析(协议栈) | 正在制作中 ...

为什么学个东西要学那么多的概念？

鸿蒙的内核中 Task 和 线程 在广义上可以理解为是一个东西，但狭义上肯定会有区别，区别在于管理体系的不同，Task是调度层面的概念，线程是进程层面概念。比如 main() 函数中首个函数 OsSetMainTask(); 就是设置启动任务，但此时啥都还没开始呢，Kprocess 进程都没创建，怎么会有大家一般意义上所理解的线程呢。狭义上的后续有 鸿蒙内核源码分析(启动过程篇) 来说明。不知道大家有没有这种体会，学一个东西的过程中要接触很多新概念，尤其像 Java/android 的生态，概念贼多，很多同学都被绕在概念中出不来，痛苦不堪。那问题是为什么需要这么多的概念呢？

举个例子就明白了：

假如您去深圳参加一个面试老板问你哪里人？你会说是 江西人，湖南人。。。 而不会说是张家村二组的张全蛋，这样还谁敢要你。但如果你参加同乡会别人问你同样问题，你不会说是来自东北那旮沓的，却反而要说张家村二组的张全蛋。明白了吗？张全蛋还是那个张全蛋，但因为场景变了，您的说法就得必须跟着变，否则没法愉快的聊天。程序设计就是源于生活，归于生活，大家对程序的理解就是要用生活中的场景去打比方，更好的理解概念。

那在内核的调度层面，咱们只说task， task是内核调度的单元，调度就是围着它转。

进程和线程的状态迁移图

先看看task从哪些渠道产生：

渠道很多，可能是shell 的一个命令，也可能由内核创建，更多的是大家编写应用程序new出来的一个线程。

调度的内容task已经有了，那他们是如何被有序调度的呢？答案：是32个进程和线程就绪队列，各32个哈，为什么是32个，鸿蒙系统源码分析(总目录) 文章里有详细说明，自行去翻。这张进程状态迁移示意图一定要看明白。

注意:进程和线程的队列内的内容只针对就绪状态，其他状态内核并没有用队列去描述它，(线程的阻塞状态用的是pendlist链表)，因为就绪就意味着工作都准备好了就等着被调度到CPU来执行了。所以理解就绪队列很关键，有三种情况会加入就绪队列。

• Init→Ready：

  进程创建或fork时，拿到该进程控制块后进入Init状态，处于进程初始化阶段，当进程初始化完成将进程插入调度队列，此时进程进入就绪状态。

• Pend→Ready / Pend→Running：

  阻塞进程内的任意线程恢复就绪态时，进程被加入到就绪队列，同步转为就绪态，若此时发生进程切换，则进程状态由就绪态转为运行态。

• Running→Ready：

  进程由运行态转为就绪态的情况有以下两种：

• 有更高优先级的进程创建或者恢复后，会发生进程调度，此刻就绪列表中最高优先级进程变为运行态，那么原先运行的进程由运行态变为就绪态。

• 若进程的调度策略为SCHED_RR，且存在同一优先级的另一个进程处于就绪态，则该进程的时间片消耗光之后，该进程由运行态转为就绪态，另一个同优先级的进程由就绪态转为运行态。

谁来触发调度工作？

就绪队列让task各就各位，在其生命周期内不停的进行状态流转，调度是让task交给CPU处理，那又是什么让调度去工作的呢？它是如何被触发的？

笔者能想到的触发方式是以下四个：

• Tick(时钟管理)，类似于JAVA的定时任务，时间到了就触发。系统定时器是内核时间机制中最重要的一部分，它提供了一种周期性触发中断机制，即系统定时器以HZ（时钟节拍率）为频率自行触发时钟中断。当时钟中断发生时，内核就通过时钟中断处理程序OsTickHandler对其进行处理。鸿蒙内核默认是10ms触发一次，执行以下中断函数：

/*
 * Description : Tick interruption handler
 */
LITE_OS_SEC_TEXT VOID OsTickHandler(VOID)
{
    UINT32 intSave;

    TICK_LOCK(intSave);
    g_tickCount[ArchCurrCpuid()]++;
    TICK_UNLOCK(intSave);

#ifdef LOSCFG_KERNEL_VDSO
    OsUpdateVdsoTimeval();
#endif

#ifdef LOSCFG_KERNEL_TICKLESS
    OsTickIrqFlagSet(OsTicklessFlagGet());
#endif

#if (LOSCFG_BASE_CORE_TICK_HW_TIME == YES)
    HalClockIrqClear(); /* diff from every platform */
#endif

    OsTimesliceCheck();//时间片检查

    OsTaskScan(); /* task timeout scan *///任务扫描，发起调度

#if (LOSCFG_BASE_CORE_SWTMR == YES)
    OsSwtmrScan();//软时钟扫描检查
#endif
}

里面对任务进行了扫描，时间片到了或就绪队列有高或同级task， 会执行调度。

• 第二个是各种软硬中断，如何USB插拔，键盘，鼠标这些外设引起的中断，需要去执行中断处理函数。
• 第三个是程序主动中断，比如运行过程中需要申请其他资源，而主动让出控制权，重新调度。
• 最后一个是创建一个新进程或新任务后主动发起的抢占式调度，新进程会默认创建一个main task， task的首条指令(入口函数)就是我们上层程序的main函数，它被放在代码段的第一的位置。
• 哪些地方会申请调度？看一张图。

这里提下图中的 OsCopyProcess()， 这是fork进程的主体函数，可以看出fork之后立即申请了一次调度。

LITE_OS_SEC_TEXT INT32 LOS_Fork(UINT32 flags， const CHAR *name， const TSK_ENTRY_FUNC entry， UINT32 stackSize)
{
    UINT32 cloneFlag = CLONE_PARENT | CLONE_THREAD | CLONE_VFORK | CLONE_FILES;

    if (flags & (~cloneFlag)) {
        PRINT_WARN("Clone dont support some flags!\n");
    }

    flags |= CLONE_FILES;
    return OsCopyProcess(cloneFlag & flags， name， (UINTPTR)entry， stackSize);
}

STATIC INT32 OsCopyProcess(UINT32 flags， const CHAR *name， UINTPTR sp， UINT32 size)
{
    UINT32 intSave， ret， processID;
    LosProcessCB *run = OsCurrProcessGet();

    LosProcessCB *child = OsGetFreePCB();
    if (child == NULL) {
        return -LOS_EAGAIN;
    }
    processID = child->processID;

    ret = OsForkInitPCB(flags， child， name， sp， size);
    if (ret != LOS_OK) {
        goto ERROR_INIT;
    }

    ret = OsCopyProcessResources(flags， child， run);
    if (ret != LOS_OK) {
        goto ERROR_TASK;
    }

    ret = OsChildSetProcessGroupAndSched(child， run);
    if (ret != LOS_OK) {
        goto ERROR_TASK;
    }

    LOS_MpSchedule(OS_MP_CPU_ALL);
    if (OS_SCHEDULER_ACTIVE) {
        LOS_Schedule();// 申请调度
    }

    return processID;

ERROR_TASK:
    SCHEDULER_LOCK(intSave);
    (VOID)OsTaskDeleteUnsafe(OS_TCB_FROM_TID(child->threadGroupID)， OS_PRO_EXIT_OK， intSave);
ERROR_INIT:
    OsDeInitPCB(child);
    return -ret;
}

原来创建一个进程这么简单，真的就是在COPY！

源码告诉你调度过程是怎样的

以上是需要提前了解的信息，接下来直接上源码看调度过程吧，文件就三个函数，主要就是这个了：

VOID OsSchedResched(VOID)
{
    LOS_ASSERT(LOS_SpinHeld(&g_taskSpin));//调度过程要上锁
    newTask = OsGetTopTask(); //获取最高优先级任务
    OsSchedSwitchProcess(runProcess， newProcess);//切换进程
    (VOID)OsTaskSwitchCheck(runTask， newTask);//任务检查
    OsCurrTaskSet((VOID*)newTask);//*设置当前任务
    if (OsProcessIsUserMode(newProcess)) {//判断是否为用户态，使用用户空间
        OsCurrUserTaskSet(newTask->userArea);//设置任务空间
    }
    /* do the task context switch */
    OsTaskSchedule(newTask， runTask); //切换CPU任务上下文，汇编代码实现
}

函数有点长，笔者留了最重要的几行，看这几行就够了，流程如下:

• 调度过程要自旋锁，多核情况下只能被一个CPU core 执行。 不允许任何中断发生， 没错，说的是任何事是不能去打断它，否则后果太严重了，这可是内核在切换进程和线程的操作啊。
• 在就绪队列里找个最高优先级的task
• 切换进程，就是task归属的那个进程设为运行进程，这里要注意，老的task和老进程只是让出了CPU指令执行权，其他都还在内存，资源也都没有释放。
• 设置新任务为当前任务
• 用户模式下需要设置task运行空间，因为每个task栈是不一样的。空间部分具体在系列篇内存中查看
• 是最重要的，切换任务上下文，参数是新老两个任务，一个要保存现场，一个要恢复现场。

什么是任务上下文？v08。xx 鸿蒙内核源码分析(总目录) 任务切换篇已有详细的描述，请自行翻看。

请读懂OsGetTopTask()

读懂OsGetTopTask()，就明白了就绪队列是怎么回事了。这里提下goto语句，几乎所有内核代码都会大量的使用goto语句，鸿蒙内核有617个goto远大于264个break，还有人说要废掉goto，你知道内核开发者青睐goto的真正原因吗？

LITE_OS_SEC_TEXT_MINOR LosTaskCB *OsGetTopTask(VOID)
{
    UINT32 priority， processPriority;
    UINT32 bitmap;
    UINT32 processBitmap;
    LosTaskCB *newTask = NULL;
#if (LOSCFG_KERNEL_SMP == YES)
    UINT32 cpuid = ArchCurrCpuid();
#endif
    LosProcessCB *processCB = NULL;
    processBitmap = g_priQueueBitmap;
    while (processBitmap) {
        processPriority = CLZ(processBitmap);
        LOS_DL_LIST_FOR_EACH_ENTRY(processCB， &g_priQueueList[processPriority]， LosProcessCB， pendList) {
            bitmap = processCB->threadScheduleMap;
            while (bitmap) {
                priority = CLZ(bitmap);
                LOS_DL_LIST_FOR_EACH_ENTRY(newTask， &processCB->threadPriQueueList[priority]， LosTaskCB， pendList) {
#if (LOSCFG_KERNEL_SMP == YES)
                    if (newTask->cpuAffiMask & (1U << cpuid)) {
#endif
                        newTask->taskStatus &= ~OS_TASK_STATUS_READY;
                        OsPriQueueDequeue(processCB->threadPriQueueList，
                                          &processCB->threadScheduleMap，
                                          &newTask->pendList);
                        OsDequeEmptySchedMap(processCB);
                        goto OUT;
#if (LOSCFG_KERNEL_SMP == YES)
                    }
#endif
                }
                bitmap &= ~(1U << (OS_PRIORITY_QUEUE_NUM - priority - 1));
            }
        }
        processBitmap &= ~(1U << (OS_PRIORITY_QUEUE_NUM - processPriority - 1));
    }

OUT:
    return newTask;
}

#ifdef __cplusplus
#if __cplusplus
}

百文说内核 | 抓住主脉络

• 百文相当于摸出内核的肌肉和器官系统，让人开始丰满有立体感，因是直接从注释源码起步，在加注释过程中，每每有心得处就整理,慢慢形成了以下文章。内容立足源码，常以生活场景打比方尽可能多的将内核知识点置入某种场景，具有画面感，容易理解记忆。说别人能听得懂的话很重要! 百篇博客绝不是百度教条式的在说一堆诘屈聱牙的概念，那没什么意思。更希望让内核变得栩栩如生，倍感亲切。
• 与代码需不断debug一样，文章内容会存在不少错漏之处，请多包涵，但会反复修正，持续更新，v**.xx 代表文章序号和修改的次数，精雕细琢，言简意赅，力求打造精品内容。
• 百文在 < 鸿蒙研究站 | 开源中国 | 博客园 | 51cto | csdn | 知乎 | 掘金 > 站点发布，百篇博客系列目录如下。
• 

按功能模块:

基础知识	进程管理	任务管理	内存管理
双向链表 内核概念 源码结构 地址空间 计时单位 优雅的宏 钩子框架 位图管理 POSIX main函数	调度故事 进程控制块 进程空间 线性区 红黑树 进程管理 Fork进程 进程回收 Shell编辑 Shell解析	任务控制块 并发并行 就绪队列 调度机制 任务管理 用栈方式 软件定时器 控制台 远程登录 协议栈	内存规则 物理内存 内存概念 虚实映射 页表管理 静态分配 TLFS算法 内存池管理 原子操作 圆整对齐
通讯机制	文件系统	硬件架构	内核汇编
通讯总览 自旋锁 互斥锁 快锁使用 快锁实现 读写锁 信号量 事件机制 信号生产 信号消费 消息队列 消息封装 消息映射 共享内存	文件概念 文件故事 索引节点 VFS 文件句柄 根文件系统 挂载机制 管道文件 文件映射 写时拷贝	芯片模式 ARM架构 指令集 协处理器 工作模式 寄存器 多核管理 中断概念 中断管理	编码方式 汇编基础 汇编传参 链接脚本 内核启动 进程切换 任务切换 中断切换 异常接管 缺页中断
编译运行	调测工具
编译过程 编译构建 GN语法 忍者无敌 ELF格式 ELF解析 静态链接 重定位 动态链接 进程映像 应用启动 系统调用 VDSO	模块监控 日志跟踪 系统安全 测试用例

百万注源码 | 处处扣细节

• 百万汉字注解内核目的是要看清楚其毛细血管，细胞结构，等于在拿放大镜看内核。内核并不神秘，带着问题去源码中找答案是很容易上瘾的，你会发现很多文章对一些问题的解读是错误的，或者说不深刻难以自圆其说，你会慢慢形成自己新的解读，而新的解读又会碰到新的问题，如此层层递进，滚滚向前，拿着放大镜根本不愿意放手。

• < gitee | github | coding | gitcode > 四大码仓推送 | 同步官方源码。

  

关注不迷路 | 代码即人生

期间不断得到小伙伴的支持，有学生，有职场新人，也有老江湖，在此一并感谢，大家的支持是前进的动力。尤其每次收到学生的赞助很感慨，后生可敬。 >> 查看捐助名单

据说喜欢 点赞 + 分享 的,后来都成了大神。:)