鴻蒙核心原始碼分析(排程機制篇)|解讀鴻蒙原始碼
提示:本文基於開源鴻蒙核心分析,官方原始碼【kernel_liteos_a】,官方文件【docs】
本文作者:鴻蒙核心發燒友,將持續研究鴻蒙核心,更新博文,敬請關注。內容僅代表個人觀點,錯誤之處,歡迎大家指正完善。
本文分析任務排程機制原始碼 詳見:../kernel/base/sched/sched_sq/los_sched.c
目錄
建議先閱讀
先說幾個概念
程序和執行緒的狀態遷移圖
排程是如何觸發的?
排程過程
OsGetTopTask()
鴻蒙核心原始碼分析系列其他文章
建議先閱讀
閱讀之前建議先讀本系列以下幾篇文章
鴻蒙核心原始碼分析(Task/執行緒管理篇)
鴻蒙核心原始碼分析(程序管理篇)
鴻蒙核心原始碼分析(排程佇列篇)
以便對本文任務排程機制的理解。
先說幾個概念
鴻蒙的核心中 Task和 執行緒在廣義上可以理解為是一個東西,區別在於管理體系的不同,Task是排程層面,執行緒是程序層面。但狹義上肯定會有區別,比如 main()函式中首個函式 OsSetMainTask();就是設定啟動任務,但此時啥都還沒開始呢,Kprocess程序都沒建立,怎麼會有大家普通意義上所理解的執行緒呢。狹義上的後續有鴻蒙核心原始碼分析(啟動過程篇)來說明。不知道大家有沒有這種體會,學一個東西的過程中要接觸很多新概念,尤其像 Java/android 的生態,概念賊多,很多同學都被繞在概念中出不來,痛苦不堪。那問題是為什麼需要這麼多的概念?
舉個例子就明白了:
假如您去深圳參加一個面試老闆問你哪裡人?你會說是江西人,湖南人...而不會說是張家村二組的張全蛋,這樣還誰敢要你。但如果你參加同鄉會別人問你同樣問題,你也不會說是來自東北那旮沓的。明白了嗎?張全蛋還是那個張全蛋,但因為場景變了,您的說法就得必須跟著變,否則沒法愉快的聊天。
那程式設計就是源於生活,歸於生活,大家對程式的理解就是要用生活中的場景去打比方,更好的理解概念。你說呢?
那在核心的排程層面,咱們就說task, task是核心排程的單元,排程就是圍著它轉。
程序和執行緒的狀態遷移圖
先看看task從哪些渠道產生:
渠道很多,可能是shell的一個命令,也可能由核心建立,更多的是大家編寫應用程式new出來的一個執行緒。
排程的內容已經有了,那他們如何有序的被排程?答案是:靠32個程序就緒佇列。為什麼是32個,系列文章裡有詳細說明,自己去翻。
這張程序狀態遷移示意圖一定要看明白,執行緒的狀態遷移大家去官方文件看,不一一列出來,太多了佔地方。
注意只有就緒狀態才有佇列,因為就緒就意味著工作都準備好了就等著CPU來執行了。有三種情況會加入就緒佇列
-
Init→Ready:
程序建立或fork時,拿到該程序控制塊後進入Init狀態,處於程序初始化階段,當程序初始化完成將程序插入排程佇列,此時程序進入就緒狀態。
-
Pend→Ready / Pend→Running:
阻塞程序內的任意執行緒恢復就緒態時,程序被加入到就緒佇列,同步轉為就緒態,若此時發生程序切換,則程序狀態由就緒態轉為執行態。
-
Running→Ready:
程序由執行態轉為就緒態的情況有以下兩種:
- 有更高優先順序的程序建立或者恢復後,會發生程序排程,此刻就緒列表中最高優先順序程序變為執行態,那麼原先執行的程序由執行態變為就緒態。
- 若程序的排程策略為SCHED_RR,且存在同一優先順序的另一個程序處於就緒態,則該程序的時間片消耗光之後,該程序由執行態轉為就緒態,另一個同優先順序的程序由就緒態轉為執行態。
排程是如何觸發的?
排程程式讓task各就各位,在其生命週期內不停的進度狀態流轉,那是什麼讓排程去工作的,它是如何觸發的?
筆者能想到的觸發方式是以下三個
- Tick(時鐘管理),類似於JAVA的定時任務,時間到了就觸發。系統定時器是核心時間機制中最重要的一部分,它提供了一種週期性觸發中斷機制,即系統定時器以HZ(時鐘節拍率)為頻率自行觸發時鐘中斷。當時鍾中斷髮生時,核心就通過時鐘中斷處理程式timer_interrupt()對其進行處理。鴻蒙核心預設是10ms觸發一次,執行以下函式:
/*
* 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();
OsTaskScan(); /* task timeout scan *///*kyf 任務掃描,發起排程
#if (LOSCFG_BASE_CORE_SWTMR == YES)
OsSwtmrScan();
#endif
}
裡面對任務進行了掃描,呼叫任務排程
- 第二個是各種軟硬中斷,如何USB插拔,鍵盤,滑鼠這些外設引起的中斷。
- 第三個是程式主動中斷,比如執行過程中需要申請其他資源,資源被佔用的時候觸發的中斷
- 最後一個是建立一個新任務後主動發起的搶佔式排程
- 這是申請呼叫排程的地方
這裡提下OsCopyProcess(),這是fork程序的主體函式,可以看出fork之後立即申請了一次排程。
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);
}
排程過程
以上是需要提前瞭解的資訊,接下來直接上原始碼看排程過程吧,檔案就三個函式。
VOID OsSchedResched(VOID)
{
LOS_ASSERT(LOS_SpinHeld(&g_taskSpin));//*kyf 排程過程要上鎖
newTask = OsGetTopTask(); //*kyf 獲取最高優先順序任務
OsSchedSwitchProcess(runProcess, newProcess);//*kyf 切換執行的程序
(VOID)OsTaskSwitchCheck(runTask, newTask);
OsCurrTaskSet((VOID*)newTask);//*kyf 設定當前任務
if (OsProcessIsUserMode(newProcess)) {
OsCurrUserTaskSet(newTask->userArea);//*kyf 執行空間
}
/* do the task context switch */
OsTaskSchedule(newTask, runTask); //*kyf 切換任務上下文
}
函式有點長,筆者留了最重要的幾行,看這幾行就夠了,流程如下:
- 排程過程要自旋鎖,不允許任何中斷髮生,沒錯,說的是任何事是不能去打斷它,否則後果太嚴重了,這可是在切換程序和執行緒的操作啊。
- 在就緒佇列裡找個最高優先順序的task
- 切換程序,就是task/執行緒歸屬的那個程序為當前程序
- 設定它為當前任務
- 使用者模式需要設定執行空間,因為每個程序的空間是不一樣的
- 是最重要的,切換任務上下文,引數是新老兩個任務,一個要儲存現場,一個要恢復執行緒。
什麼是任務上下文?看鴻蒙核心分析系列其他文章,有專門的介紹。這裡要說明的是在CPU的層面,它只認任務上下文!
這裡看不到任何程式碼了,因為這是跟CPU相關的,不同的CPU需要去適配不同的彙編程式碼,所以這些彙編程式碼不會出現在一個通用工程中。請留意後續 鴻蒙核心原始碼分析(彙編指令篇)。
OsGetTopTask()
最後留個作業,讀懂這個函式,就明白了就緒佇列是怎麼回事了。
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
}
本篇就先寫這麼多吧,鴻蒙核心原始碼雖然檔案不多,但關係及其複雜,拆解原始碼是件辛苦也是快樂的事,編寫成文分享給大家更是件痛並快樂著的事,喜歡的就點個贊吧
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