哪些网上可以赚钱的网站,网站建设免费软件,anker 网站建设,arvixe如何做网站1. 源码结构
调度器相关的源文件主要位于 sched/sched/ 目录下#xff0c;核心文件包括#xff1a;
1.1 基础调度功能 sched_addreadytorun.c - 添加任务到就绪队列 sched_removereadytorun.c - 从就绪队列移除任务 sched_addblocked.c/sched_removeblocked.c - 阻塞任务…1. 源码结构
调度器相关的源文件主要位于 sched/sched/ 目录下核心文件包括
1.1 基础调度功能 sched_addreadytorun.c - 添加任务到就绪队列 sched_removereadytorun.c - 从就绪队列移除任务 sched_addblocked.c/sched_removeblocked.c - 阻塞任务管理 sched_setscheduler.c - 设置调度策略(FIFO/RR/SPORADIC) sched_getscheduler.c - 获取调度策略 sched_roundrobin.c - 时间片轮转调度实现
1.2 任务优先级管理 sched_setparam.c - 设置任务调度参数 sched_getparam.c - 获取任务调度参数 sched_setpriority.c - 修改任务优先级 sched_reprioritizertr.c - 就绪任务优先级调整 sched_reprioritize.c - 优先级继承(CONFIG_PRIORITY_INHERITANCE)
1.3 临界区和同步 sched_lock.c/sched_unlock.c - 调度器锁定/解锁 sched_lockcount.c - 调度器锁计数管理
1.4 多核支持(SMP) sched_smp.c - SMP调度实现 sched_getcpu.c - CPU亲和度管理 sched_getaffinity.c/sched_setaffinity.c - CPU亲和度设置/获取
2. 核心数据结构
2.1 任务控制块(TCB)
struct tcb_s {/* 任务状态信息 */uint8_t task_state; // 任务状态(就绪、运行、阻塞等)uint8_t sched_priority; // 调度优先级uint8_t init_priority; // 初始优先级 /* 调度相关 */uint16_t flags; // 任务标志(调度策略等)int16_t lockcount; // 调度器锁定计数
#if CONFIG_RR_INTERVAL 0int32_t timeslice; // 剩余时间片
#endif#ifdef CONFIG_SMPcpu_set_t affinity; // CPU亲和度掩码uint8_t cpu; // 当前运行的CPU
#endif/* 其他成员... */
};2.2 任务状态
// 任务状态定义
#define TSTATE_TASK_INVALID 0 // 无效状态
#define TSTATE_TASK_PENDING 1 // 等待调度器解锁
#define TSTATE_TASK_READYTORUN 2 // 就绪状态
#define TSTATE_TASK_RUNNING 3 // 运行状态
#define TSTATE_TASK_INACTIVE 4 // 初始化未激活
#define TSTATE_WAIT_SEM 5 // 等待信号量
// ...其他状态2.3 任务列表
NuttX使用多个双向链表来管理不同状态的任务
/* 基本任务列表 */
extern dq_queue_t g_readytorun; // 就绪任务列表
extern dq_queue_t g_pendingtasks; // 挂起任务列表
extern dq_queue_t g_waitingforsignal; // 等待信号任务列表/* 特殊功能任务列表 */
extern dq_queue_t g_waitingforfill; // 等待页面填充任务列表
extern dq_queue_t g_stoppedtasks; // 停止状态任务列表
extern dq_queue_t g_inactivetasks; // 未激活任务列表/* SMP模式任务列表 */
#ifdef CONFIG_SMP
extern dq_queue_t g_assignedtasks[CONFIG_SMP_NCPUS]; // CPU任务分配列表
extern FAR struct tcb_s *g_delivertasks[CONFIG_SMP_NCPUS]; // 待传递任务列表
#endif2.3.1 基本任务列表说明 g_readytorun 就绪列表: 单核模式下: 包含所有就绪态任务 按优先级排序 列表头是当前运行任务 列表尾总是空闲任务(最低优先级) SMP模式下: 仅包含未分配CPU的就绪任务 不包含正在运行或已分配CPU的任务 用于全局任务调度 g_pendingtasks 挂起列表: 存放被抢占但因调度器锁定而无法立即执行的任务 条件满足时(如调度器解锁)会被合并到就绪列表 主要用于处理优先级抢占的延迟执行 g_waitingforsignal 等待信号任务列表: 存放因等待信号量而阻塞的任务 信号量被释放后任务会被移到就绪列表 用于实现任务间的同步与通信
2.3.4 g_waitingforfill 页面填充等待列表 仅在开启 CONFIG_LEGACY_PAGING 时有效 存放等待页面从存储设备加载到内存的任务 用于支持虚拟内存管理 页面加载完成后任务会被移回就绪列表
2.3.5 g_stoppedtasks 停止任务列表 仅在开启 CONFIG_SIG_SIGSTOP_ACTION 时有效 存放因接收到 SIGSTOP/SIGTSTP 信号而停止的任务 任务可通过接收 SIGCONT 信号重新激活 主要用于任务的暂停/继续控制
2.3.6 g_inactivetasks 未激活任务列表 存放已初始化但尚未激活的任务 唯一一个不需要按优先级排序的列表 任务激活时会被移到相应的运行列表 用于任务创建过程中的临时存储
CPU任务分配列表 仅在 SMP 配置下有效 每个 CPU 核心维护一个独立的任务列表 列表特点 包含分配给该 CPU 的所有任务 列表头是该 CPU 当前运行的任务 按优先级排序 列表尾是该 CPU 的空闲任务(IDLE) 任务分配方式 通过 pthread_attr_setaffinity() 等接口显式指定 调度器根据负载均衡动态分配 与 g_readytorun 的区别 g_readytorun 存放未分配 CPU 的就绪任务 存放已分配给特定 CPU 的任务
2.4 任务列表访问接口
/* 任务列表访问宏 */
#define list_readytorun() (g_readytorun)
#define list_pendingtasks() (g_pendingtasks)
#define list_waitingforfill() (g_waitingforfill)
#define list_stoppedtasks() (g_stoppedtasks)
#define list_inactivetasks() (g_inactivetasks)
#define list_assignedtasks(cpu) (g_assignedtasks[cpu])这些宏提供了统一的任务列表访问接口 封装了具体的列表实现细节 支持不同配置选项(如SMP)的条件编译 便于维护和修改列表实现
3. 调度策略实现
3.1 FIFO 调度 不支持时间片轮转 任务运行直到主动让出CPU 高优先级可以抢占低优先级
实现代码:
case SCHED_FIFO:
{tcb-flags | TCB_FLAG_SCHED_FIFO;tcb-timeslice 0; // FIFO不使用时间片
}3.2 时间片轮转(RR)调度 支持时间片轮转 同优先级任务轮流执行 时间片用完后切换到同优先级队列中下一个任务
关键实现:
uint32_t nxsched_process_roundrobin(FAR struct tcb_s *tcb, uint32_t ticks)
{// 减少时间片计数tcb-timeslice - ticks;// 时间片用完且存在同优先级任务时切换if (tcb-timeslice 0 tcb-flink tcb-flink-sched_priority tcb-sched_priority) {// 重置时间片tcb-timeslice MSEC2TICK(CONFIG_RR_INTERVAL);// 切换到下一个任务up_switch_context(tcb-flink, tcb);}
}3.3 Sporadic 调度 支持优先级动态调整 适用于需要精确控制CPU使用率的场景 通过补充预算方式限制CPU占用
4. 调度流程及源码实现
4.1 任务创建流程
完整的任务创建流程涉及多个函数调用
创建任务入口 - task_create():
int task_create(FAR const char *name, int priority,int stack_size, main_t entry, FAR char * const argv[ ]){pid_t pid;int ret;// 1. 创建任务相关的TCB等结构ret nxtask_spawn_exec((FAR const char *)name, (uint8_t)priority,(FAR uint32_t *)stack_size, entry,(FAR char * const *)argv, pid);return ret OK ? pid : ERROR;
}初始化TCB - nxtask_init():
int nxtask_init(FAR struct task_tcb_s *tcb, const char *name, int priority, FAR uint32_t *stack, uint32_t stack_size,main_t entry, FAR char * const argv[ ]){// 1. 设置任务基本信息tcb-cmn.task_state TSTATE_TASK_INVALID; // 初始状态为无效tcb-cmn.sched_priority priority; // 设置优先级tcb-cmn.init_priority priority; // 保存初始优先级tcb-cmn.flags ttype; // 设置任务类型标志// 2. 初始化任务栈up_initial_state(tcb-cmn);// 3. 保存任务入口和参数tcb-cmn.entry.main entry;// 4. 继承调度器属性(如CPU亲和性)nxtask_inherit_scheduler(tcb);return OK;
}激活任务 - nxtask_activate():
void nxtask_activate(FAR struct tcb_s *tcb)
{irqstate_t flags enter_critical_section();// 1. 通知监控器任务开始运行sched_note_start(tcb);// 2. 初始化运行时统计信息tcb-start_time clock_systime_ticks();// 3. 添加到就绪队列nxsched_add_readytorun(tcb);// 4. 如果优先级更高则触发调度if (tcb-sched_priority this_task()-sched_priority){// 进行任务切换up_switch_context(tcb, this_task());}leave_critical_section(flags);
}4.2 任务切换流程
上层切换接口 - up_switch_context():
void up_switch_context(FAR struct tcb_s *rtcb, FAR struct tcb_s *dtcb)
{// 1. 保存当前任务上下文up_savestate(rtcb-xcp.regs);// 2. 更新运行任务指针g_running_tasks[this_cpu()] dtcb;// 3. 切换地址空间(如果需要)#ifdef CONFIG_ARCH_ADDRENVaddrenv_switch(dtcb);#endif// 4. 恢复新任务上下文up_restorestate(dtcb-xcp.regs);
}底层上下文切换 - up_fullcontextrestore():
// arch相关实现,以ARM为例
void up_fullcontextrestore(uint32_t *restoreregs)
{// 1. 禁用中断__asm__ __volatile__(cpsid i);// 2. 恢复通用寄存器__asm__ __volatile__(ldmia %0!, {r4-r11} : : r(restoreregs));// 3. 恢复程序计数器和状态寄存器__asm__ __volatile__(ldmia %0!, {r0-r3,ip,lr,pc}^ : : r(restoreregs));
}4.3 优先级抢占流程
优先级抢占主要在添加就绪任务时处理
bool nxsched_add_readytorun(FAR struct tcb_s *btcb)
{FAR struct tcb_s *rtcb this_task();bool ret;// 1. 检查是否需要抢占if (rtcb-lockcount 0 rtcb-sched_priority btcb-sched_priority){// 当前任务锁定时,新任务进入pending队列btcb-task_state TSTATE_TASK_PENDING;nxsched_add_prioritized(btcb, list_pendingtasks());ret false;}else{// 2. 添加到就绪队列if (nxsched_add_prioritized(btcb, list_readytorun())){// 新任务成为最高优先级任务btcb-task_state TSTATE_TASK_RUNNING;btcb-flink-task_state TSTATE_TASK_READYTORUN;ret true;}else{// 新任务不是最高优先级btcb-task_state TSTATE_TASK_READYTORUN;ret false;}}return ret;
}4.4 时间片轮转流程
时间片轮转由系统定时器触发:
定时器中断处理:
void up_timerisr(void)
{// 1. 更新系统时钟nxsched_process_timer();// 2. 处理时间片nxsched_process_scheduler();
}时间片处理:
void nxsched_process_scheduler(void)
{FAR struct tcb_s *rtcb this_task();// 1. 检查是否为时间片调度任务if ((rtcb-flags TCB_FLAG_POLICY_MASK) TCB_FLAG_SCHED_RR){// 2. 处理时间片轮转if (nxsched_process_roundrobin(rtcb, 1)){// 需要切换任务up_switch_context(rtcb-flink, rtcb);}}
}时间片轮转处理:
bool nxsched_process_roundrobin(FAR struct tcb_s *tcb, uint32_t ticks)
{// 1. 减少时间片计数tcb-timeslice - ticks;// 2. 检查时间片是否用完if (tcb-timeslice 0){// 3. 检查是否存在同优先级任务if (tcb-flink tcb-flink-sched_priority tcb-sched_priority){// 4. 重置时间片tcb-timeslice MSEC2TICK(CONFIG_RR_INTERVAL);// 5. 将当前任务放到队列尾部if (nxsched_reprioritize_rtr(tcb, tcb-sched_priority)){// 需要切换到下一个任务return true;}}}return false;
}关键实现细节:
任务创建流程保证了: TCB结构的正确初始化 任务栈和入口点的设置 继承调度器属性 添加到合适的任务队列
任务切换流程确保了: 当前任务上下文的保存 新任务上下文的恢复 地址空间的正确切换 运行任务指针的更新
优先级抢占实现了: 高优先级任务的及时响应 调度锁机制的正确处理 任务状态的正确迁移
时间片轮转保证了: 同优先级任务的公平调度 时间片到期的及时处理 任务队列的动态调整
5. 同步机制
5.1 调度器锁 sched_lock() 增加锁计数 sched_unlock() 减少锁计数 锁计数不为0时禁止任务切换
5.2 临界区保护
irqstate_t flags;
flags enter_critical_section(); // 进入临界区
// 临界区代码
leave_critical_section(flags); // 退出临界区6. 多核调度(SMP)
6.1 CPU亲和度 通过掩码控制任务可运行的CPU 支持负载均衡和绑核运行
6.2 任务迁移 支持跨核任务切换 需要考虑缓存一致性问题
7. 调试功能
7.1 CPU负载统计 周期性采样统计CPU使用率 支持实时监控系统负载
7.2 临界区监控 监控临界区执行时间 检测长时间禁用抢占的情况
8. 实战经验
优先级设计建议 关键任务使用较高优先级(100) 普通任务使用中等优先级(50-100) 空闲任务使用最低优先级(0)
调度策略选择 实时性要求高的用FIFO 需要公平调度的用RR 需要精确控制CPU占用率的用Sporadic
性能优化 合理使用临界区保护 避免长时间禁用抢占 注意负载均衡(SMP)
调试技巧 使用CPU负载监控 观察任务切换行为 分析临界区时间
9. 参考资料
NuttX官方文档 调度器设计文档 API参考手册
源码阅读 sched/sched/目录下源文件 include/nuttx/sched.h 头文件
