v03.06 鸿蒙内核源码分析(时钟任务篇) | 触发调度谁的贡献最大 | 百篇博客分析HarmonyOS源码

原创
2020/09/16 12:05
阅读数 1.7W

子曰:“巧言、令色、足恭,左丘明耻之,丘亦耻之。匿怨而友其人,左丘明耻之,丘亦耻之。”《论语》:公冶长篇

在这里插入图片描述

百篇博客系列篇.本篇为:

v03.xx 鸿蒙内核源码分析(时钟任务篇) | 触发调度谁的贡献最大

任务管理相关篇为:

时钟概念

  • 时间是非常重要的概念,我们整个学生阶段有个东西很重要,就是校园铃声. 它控制着上课,下课,吃饭,睡觉的节奏.没有它学校的管理就乱套了,老师拖课想拖多久就多久,那可不行,下课铃声一响就是在告诉老师时间到了,该停止了让学生HAPPY去了.

  • 操作系统也一样,需要通过时间来规范其任务的执行,操作系统中最小的时间单位是时钟节拍 (OS Tick)。任何操作系统都需要提供一个时钟节拍,以供系统处理所有和时间有关的事件,如线程的延时、线程的时间片轮转调度以及定时器超时等。时钟节拍是特定的周期性中断,这个中断可以看做是系统心跳,中断之间的时间间隔取决于不同的应用,一般是 1ms–100ms,时钟节拍率越快,系统的实时响应越快,但是系统的额外开销就越大,从系统启动开始计数的时钟节拍数称为系统时间。

  • 在鸿蒙内核中,时钟节拍的长度可以根据 LOSCFG_BASE_CORE_TICK_PER_SECOND 的定义来调整,等于 1/LOSCFG_BASE_CORE_TICK_PER_SECOND 秒。

时钟节拍的实现方式

时钟节拍由配置为中断触发模式的硬件定时器产生,当中断到来时,将调用一次:void OsTickHandler(void),通知操作系统已经过去一个系统时钟;不同硬件定时器中断实现都不同,

/**
 * @ingroup los_config
 * Number of Ticks in one second
 */
#ifndef LOSCFG_BASE_CORE_TICK_PER_SECOND
#define LOSCFG_BASE_CORE_TICK_PER_SECOND 100 //默认每秒100次触发,当然这是可以改的
#endif

每秒100个tick,时间单位为10毫秒, 即每秒调用时钟中断处理程序100次.

/*
 * Description : Tick interruption handler
 *///节拍中断处理函数 ,鸿蒙默认10ms触发一次
LITE_OS_SEC_TEXT VOID OsTickHandler(VOID)
{
    //...
    OsTimesliceCheck();//进程和任务的时间片检查
    OsTaskScan(); /* task timeout scan *///任务扫描
#if (LOSCFG_BASE_CORE_SWTMR == YES)
    OsSwtmrScan();//定时器扫描,看是否有超时的定时器
#endif
}

它主要干了三件事情

第一:检查当前任务的时间片,任务执行一次分配多少时间呢?答案是2个时间片,即 20ms.

#ifndef LOSCFG_BASE_CORE_TIMESLICE_TIMEOUT
#define LOSCFG_BASE_CORE_TIMESLICE_TIMEOUT 2 //2个时间片,20ms
#endif
//检查进程和任务的时间片,如果没有时间片了直接调度
LITE_OS_SEC_TEXT VOID OsTimesliceCheck(VOID)
{
    LosTaskCB *runTask = NULL;
    LosProcessCB *runProcess = OsCurrProcessGet();//获取当前进程
    if (runProcess->policy != LOS_SCHED_RR) {//进程调度算法是否是抢占式
        goto SCHED_TASK;//进程不是抢占式调度直接去检查任务的时间片
    }

    if (runProcess->timeSlice != 0) {//进程还有时间片吗?
        runProcess->timeSlice--;//进程时间片减少一次
        if (runProcess->timeSlice == 0) {//没有时间片了
            LOS_Schedule();//进程时间片用完,发起调度
        }
    }

SCHED_TASK:
    runTask = OsCurrTaskGet();//获取当前任务
    if (runTask->policy != LOS_SCHED_RR) {//任务调度算法是否是抢占式
        return;//任务不是抢占式调度直接结束检查
    }

    if (runTask->timeSlice != 0) {//任务还有时间片吗?
        runTask->timeSlice--;//任务时间片也减少一次
        if (runTask->timeSlice == 0) {//没有时间片了
            LOS_Schedule();//任务时间片用完,发起调度
        }
    }
}

第二:扫描任务,主要是检查被阻塞的任务是否可以被重新调度

LITE_OS_SEC_TEXT VOID OsTaskScan(VOID)
{
    SortLinkList *sortList = NULL;
    LosTaskCB *taskCB = NULL;
    BOOL needSchedule = FALSE;
    UINT16 tempStatus;
    LOS_DL_LIST *listObject = NULL;
    SortLinkAttribute *taskSortLink = NULL;

    taskSortLink = &OsPercpuGet()->taskSortLink;//获取任务的排序链表
    taskSortLink->cursor = (taskSortLink->cursor + 1) & OS_TSK_SORTLINK_MASK;
    listObject = taskSortLink->sortLink + taskSortLink->cursor;//只处理这个游标上的链表,因为系统对超时任务都已经规链表了.
 //当任务因超时而挂起时,任务块处于超时排序链接上,(每个cpu)和ipc(互斥锁、扫描电镜等)的块同时被唤醒
    /*不管是超时还是相应的ipc,它都在等待。现在使用synchronize sortlink precedure,因此整个任务扫描需要保护,防止另一个核心同时删除sortlink。
     * When task is pended with timeout, the task block is on the timeout sortlink
     * (per cpu) and ipc(mutex,sem and etc.)'s block at the same time, it can be waken
     * up by either timeout or corresponding ipc it's waiting.
     *
     * Now synchronize sortlink preocedure is used, therefore the whole task scan needs
     * to be protected, preventing another core from doing sortlink deletion at same time.
     */
    LOS_SpinLock(&g_taskSpin);

    if (LOS_ListEmpty(listObject)) {
        LOS_SpinUnlock(&g_taskSpin);
        return;
    }
    sortList = LOS_DL_LIST_ENTRY(listObject->pstNext, SortLinkList, sortLinkNode);//拿本次Tick对应链表的SortLinkList的第一个节点sortLinkNode
    ROLLNUM_DEC(sortList->idxRollNum);//滚动数--

    while (ROLLNUM(sortList->idxRollNum) == 0) {//找到时间到了节点,注意这些节点都是由定时器产生的,
        LOS_ListDelete(&sortList->sortLinkNode);
        taskCB = LOS_DL_LIST_ENTRY(sortList, LosTaskCB, sortList);//拿任务,这里的任务都是超时任务
        taskCB->taskStatus &= ~OS_TASK_STATUS_PEND_TIME;
        tempStatus = taskCB->taskStatus;
        if (tempStatus & OS_TASK_STATUS_PEND) {
            taskCB->taskStatus &= ~OS_TASK_STATUS_PEND;
#if (LOSCFG_KERNEL_LITEIPC == YES)
            taskCB->ipcStatus &= ~IPC_THREAD_STATUS_PEND;
#endif
            taskCB->taskStatus |= OS_TASK_STATUS_TIMEOUT;
            LOS_ListDelete(&taskCB->pendList);
            taskCB->taskSem = NULL;
            taskCB->taskMux = NULL;
        } else {
            taskCB->taskStatus &= ~OS_TASK_STATUS_DELAY;
        }

        if (!(tempStatus & OS_TASK_STATUS_SUSPEND)) {
            OS_TASK_SCHED_QUEUE_ENQUEUE(taskCB, OS_PROCESS_STATUS_PEND);
            needSchedule = TRUE;
        }

        if (LOS_ListEmpty(listObject)) {
            break;
        }

        sortList = LOS_DL_LIST_ENTRY(listObject->pstNext, SortLinkList, sortLinkNode);
    }

    LOS_SpinUnlock(&g_taskSpin);

    if (needSchedule != FALSE) {//需要调度
        LOS_MpSchedule(OS_MP_CPU_ALL);//核间通讯,给所有CPU发送调度信号
        LOS_Schedule();//开始调度
    }
}

第三:定时器扫描,看是否有超时的定时器

/*
 * Description: Tick interrupt interface module of software timer
 * Return     : LOS_OK on success or error code on failure
 *///OsSwtmrScan 由系统时钟中断处理函数调用
LITE_OS_SEC_TEXT VOID OsSwtmrScan(VOID)//扫描定时器,如果碰到超时的,就放入超时队列
{
    SortLinkList *sortList = NULL;
    SWTMR_CTRL_S *swtmr = NULL;
    SwtmrHandlerItemPtr swtmrHandler = NULL;
    LOS_DL_LIST *listObject = NULL;
    SortLinkAttribute* swtmrSortLink = &OsPercpuGet()->swtmrSortLink;//拿到当前CPU的定时器链表

    swtmrSortLink->cursor = (swtmrSortLink->cursor + 1) & OS_TSK_SORTLINK_MASK;
    listObject = swtmrSortLink->sortLink + swtmrSortLink->cursor;
 //由于swtmr是在特定的sortlink中,所以需要很小心的处理它,但其他CPU Core仍然有机会处理它,比如停止计时器
    /*
     * it needs to be carefully coped with, since the swtmr is in specific sortlink
     * while other cores still has the chance to process it, like stop the timer.
     */
    LOS_SpinLock(&g_swtmrSpin);

    if (LOS_ListEmpty(listObject)) {
        LOS_SpinUnlock(&g_swtmrSpin);
        return;
    }
    sortList = LOS_DL_LIST_ENTRY(listObject->pstNext, SortLinkList, sortLinkNode);
    ROLLNUM_DEC(sortList->idxRollNum);

    while (ROLLNUM(sortList->idxRollNum) == 0) {
        sortList = LOS_DL_LIST_ENTRY(listObject->pstNext, SortLinkList, sortLinkNode);
        LOS_ListDelete(&sortList->sortLinkNode);
        swtmr = LOS_DL_LIST_ENTRY(sortList, SWTMR_CTRL_S, stSortList);

        swtmrHandler = (SwtmrHandlerItemPtr)LOS_MemboxAlloc(g_swtmrHandlerPool);//取出一个可用的软时钟处理项
        if (swtmrHandler != NULL) {
            swtmrHandler->handler = swtmr->pfnHandler;
            swtmrHandler->arg = swtmr->uwArg;

            if (LOS_QueueWrite(OsPercpuGet()->swtmrHandlerQueue, swtmrHandler, sizeof(CHAR *), LOS_NO_WAIT)) {
                (VOID)LOS_MemboxFree(g_swtmrHandlerPool, swtmrHandler);
            }
        }

        if (swtmr->ucMode == LOS_SWTMR_MODE_ONCE) {
            OsSwtmrDelete(swtmr);

            if (swtmr->usTimerID < (OS_SWTMR_MAX_TIMERID - LOSCFG_BASE_CORE_SWTMR_LIMIT)) {
                swtmr->usTimerID += LOSCFG_BASE_CORE_SWTMR_LIMIT;
            } else {
                swtmr->usTimerID %= LOSCFG_BASE_CORE_SWTMR_LIMIT;
            }
        } else if (swtmr->ucMode == LOS_SWTMR_MODE_NO_SELFDELETE) {
            swtmr->ucState = OS_SWTMR_STATUS_CREATED;
        } else {
            swtmr->ucOverrun++;
            OsSwtmrStart(swtmr);
        }

        if (LOS_ListEmpty(listObject)) {
            break;
        }

        sortList = LOS_DL_LIST_ENTRY(listObject->pstNext, SortLinkList, sortLinkNode);
    }

    LOS_SpinUnlock(&g_swtmrSpin);
}

最后看调度算法的实现

//调度算法的实现
VOID OsSchedResched(VOID)
{
    LosTaskCB *runTask = NULL;
    LosTaskCB *newTask = NULL;
    LosProcessCB *runProcess = NULL;
    LosProcessCB *newProcess = NULL;
    LOS_ASSERT(LOS_SpinHeld(&g_taskSpin));//必须持有任务自旋锁,自旋锁是不是进程层面去抢锁,而是CPU各自核之间去争夺锁

    if (!OsPreemptableInSched()) {//是否置了重新调度标识位
        return;
    }
    runTask = OsCurrTaskGet();//获取当前任务
    newTask = OsGetTopTask();//获取优先级最最最高的任务
    /* always be able to get one task */
    LOS_ASSERT(newTask != NULL);//不能没有需调度的任务
    if (runTask == newTask) {//当前任务就是最高任务,那还调度个啥的,直接退出.
        return;
    }
    runTask->taskStatus &= ~OS_TASK_STATUS_RUNNING;//当前任务状态位置成不在运行状态
    newTask->taskStatus |= OS_TASK_STATUS_RUNNING;//最高任务状态位置成在运行状态
    runProcess = OS_PCB_FROM_PID(runTask->processID);//通过进程ID索引拿到进程实体
    newProcess = OS_PCB_FROM_PID(newTask->processID);//同上
    OsSchedSwitchProcess(runProcess, newProcess);//切换进程,里面主要涉及进程空间的切换,也就是MMU的上下文切换.
#if (LOSCFG_KERNEL_SMP == YES)//CPU多核的情况
    /* mask new running task's owner processor */
    runTask->currCpu = OS_TASK_INVALID_CPUID;//当前任务不占用CPU
    newTask->currCpu = ArchCurrCpuid();//让新任务占用CPU
#endif
    (VOID)OsTaskSwitchCheck(runTask, newTask);//切换task的检查
#if (LOSCFG_KERNEL_SCHED_STATISTICS == YES)
    OsSchedStatistics(runTask, newTask);
#endif
    if ((newTask->timeSlice == 0) && (newTask->policy == LOS_SCHED_RR)) {//没有时间片且是抢占式调度的方式,注意 非抢占式都不需要时间片的.
        newTask->timeSlice = LOSCFG_BASE_CORE_TIMESLICE_TIMEOUT;//给新任务时间片 默认 20ms
    }
    OsCurrTaskSet((VOID*)newTask);//设置新的task为CPU核的当前任务
    if (OsProcessIsUserMode(newProcess)) {//用户模式下会怎么样?
        OsCurrUserTaskSet(newTask->userArea);//设置task栈空间
    }
    /* do the task context switch */
    OsTaskSchedule(newTask, runTask);//切换任务上下文,注意OsTaskSchedule是一个汇编函数 见于 los_dispatch.s
}

百篇博客分析.深挖内核地基

  • 给鸿蒙内核源码加注释过程中,整理出以下文章。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.确实有难度,自不量力,但已经出发,回头已是不可能的了。 😛
  • 与代码有bug需不断debug一样,文章和注解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。

按功能模块:

基础工具 加载运行 进程管理 编译构建
双向链表 位图管理 用栈方式 定时器 原子操作 时间管理 ELF格式 ELF解析 静态链接 重定位 进程映像 进程管理 进程概念 Fork 特殊进程 进程回收 信号生产 信号消费 Shell编辑 Shell解析 编译环境 编译过程 环境脚本 构建工具 gn应用 忍者ninja
进程通讯 内存管理 前因后果 任务管理
自旋锁 互斥锁 进程通讯 信号量 事件控制 消息队列 内存分配 内存管理 内存汇编 内存映射 内存规则 物理内存 总目录 调度故事 内存主奴 源码注释 源码结构 静态站点 时钟任务 任务调度 任务管理 调度队列 调度机制 线程概念 并发并行 CPU 系统调用 任务切换
文件系统 硬件架构
文件概念 文件系统 索引节点 挂载目录 根文件系统 字符设备 VFS 文件句柄 管道文件 汇编基础 汇编传参 工作模式 寄存器 异常接管 汇编汇总 中断切换 中断概念 中断管理

百万汉字注解.精读内核源码

WeHarmony/kernel_liteos_a_note

鸿蒙研究站 | 每天死磕一点点,原创不易,欢迎转载,但请注明出处。

展开阅读全文
打赏
4
2 收藏
分享
加载中
该评论暂时无法显示,详情咨询 QQ 群:912889742
更多评论
打赏
1 评论
2 收藏
4
分享
返回顶部
顶部