开源鸿蒙内核源码分析系列 | 任务管理|老师如何管熊孩子下篇（转载）

开源鸿蒙内核源码分析系列 | 任务管理|老师如何管熊孩子下篇（转载）

上篇，我们介绍了在开源鸿蒙内核中，广义上可理解为一个任务就是一个线程。以及什么是task，什么是task pool。本篇将继续谈Task是怎么管理。

就绪队列是怎么回事？

CPU执行速度是很快的，开源鸿蒙内核默认一个时间片是 10ms， 资源有限，需要在众多任务中来回的切换，所以绝不能让CPU等待任务，CPU就像公司最大的领导，下面很多的部门等领导来审批，吃饭。只有大家等领导，哪有领导等你们的道理，所以工作要提前准备好，每个部门的优先级又不一样，所以每个部门都要有个任务队列，里面放的是领导能直接处理的任务，没准备好的不要放进来，因为这是给CPU提前准备好的粮食！

这就是就绪队列的原理，一共有32个就绪队列，进程和线程都有，因为线程的优先级是默认32个， 每个队列中放同等优先级的task。

还是看源码吧：


#define OS_PRIORITY_QUEUE_NUM 32
LITE_OS_SEC_BSS LOS_DL_LIST *g_priQueueList = NULL;//队列链表
LITE_OS_SEC_BSS UINT32 g_priQueueBitmap;//队列位图 UINT32每位代表一个优先级，共32个优先级
//内部队列初始化
UINT32 OsPriQueueInit(VOID)
{
    UINT32 priority;

    /* system resident resource *///常驻内存
    g_priQueueList = (LOS_DL_LIST *)LOS_MemAlloc(m_aucSysMem0， (OS_PRIORITY_QUEUE_NUM * sizeof(LOS_DL_LIST)));//分配32个队列头节点
    if (g_priQueueList == NULL) {
        return LOS_NOK;
    }

    for (priority = 0; priority < OS_PRIORITY_QUEUE_NUM; ++priority) {
        LOS_ListInit(&g_priQueueList[priority]);//队列初始化，前后指针指向自己
    }
    return LOS_OK;
}

注意看g_priQueueList 的内存分配，就是32个LOS_DL_LIST，还记得LOS_DL_LIST的妙用吗，不清楚去翻《双向链表 | 谁是内核最重要结构体》。

任务栈是怎么回事？

每个任务都是独立开的，任务之间也相互独立，之间通讯通过IPC，这里的“独立”指的是每个任务都有自己的运行环境 —— 栈空间，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、函数返回地址等等。

但系统中只有一个CPU，任务又是独立的，调度的本质就是CPU执行一个新task，老task在什么地方被中断谁也不清楚，是随机的。那如何保证老任务被再次调度选中时还能从上次被中断的地方继续玩下去呢？

答案是：任务上下文，CPU内有一堆的寄存器，CPU运行本质的就是这些寄存器的值不断的变化，只要切换时把这些值保存起来，再还原回去就能保证task的连续执行，让用户毫无感知。开源鸿蒙内核给一个任务执行的时间是 20ms ，也就是说有多任务竞争的情况下，一秒钟内最多要来回切换50次。

对应张大爷的故事：就是碰到节目没有表演完就必须打断的情况下，需要把当时的情况记录下来，比如小朋友在演躲猫猫的游戏，一半不演了，张三正在树上，李四正在厕所躲，都记录下来，下次再回来你们上次在哪就会哪呆着去，就位了继续表演。这样就接上了，观众就木有感觉了。

Hide and Seek Painting by Jean Walker

任务上下文(TaskContext)是怎样的呢？还是直接看源码：


/* The size of this structure must be smaller than or equal to the size specified by OS_TSK_STACK_ALIGN (16 bytes). */
typedef struct { //参考OsTaskSchedule来理解
#if !defined(LOSCFG_ARCH_FPU_DISABLE) //支持浮点运算
    UINT64 D[FP_REGS_NUM]; /* D0-D31 */
    UINT32 regFPSCR;       /* FPSCR */
    UINT32 regFPEXC;       /* FPEXC */
#endif
    UINT32 R4;
    UINT32 R5;
    UINT32 R6;
    UINT32 R7;
    UINT32 R8;
    UINT32 R9;
    UINT32 R10;
    UINT32 R11;

    /* It has the same structure as IrqContext */
    UINT32 reserved2; /**< Multiplexing registers, used in interrupts and system calls but with different meanings */
    UINT32 reserved1; /**< Multiplexing registers, used in interrupts and system calls but with different meanings */
    UINT32 USP;       /**< User mode sp register */
    UINT32 ULR;       /**< User mode lr register */
    UINT32 R0;
    UINT32 R1;
    UINT32 R2;
    UINT32 R3;
    UINT32 R12;
    UINT32 LR;
    UINT32 PC;
    UINT32 regCPSR;
} TaskContext;

发现基本都是CPU寄存器的恢复现场值， 具体各寄存器有什么作用大家可以去网上详查，后续也有专门的文章来介绍。这里说其中的三个寄存器 SP， LR， PC

LR（Link Register）

用途有二，一是保存子程序返回地址，当调用BL、BX、BLX等跳转指令时会自动保存返回地址到LR；二是保存异常发生的异常返回地址。

PC（Program Counter）

为程序计数器，用于保存程序的执行地址，在ARM的三级流水线架构中，程序流水线包括取址、译码和执行三个阶段，PC指向的是当前取址的程序地址，所以32位ARM中，译码地址（正在解析还未执行的程序）为PC-4，执行地址（当前正在执行的程序地址）为PC-8， 当突然发生中断的时候，保存的是PC的地址。

SP （Stack Pointer）

每一种异常模式都有其自己独立的r13，它通常指向异常模式所专用的堆栈，当ARM进入异常模式的时候，程序就可以把一般通用寄存器压入堆栈，返回时再出栈，保证了各种模式下程序的状态的完整性。

任务栈初始化

任务栈的初始化就是任务上下文的初始化，因为任务没开始执行，里面除了上下文不会有其他内容，注意上下文存放的位置在栈的底部。初始状态下 sp就是指向的栈底， 栈顶内容永远是 0xCCCCCCCC “烫烫烫烫”，这几个字应该很熟悉吗？如果不是那几个字了，那说明栈溢出了， 后续篇会详细说明这块，大家也可以自行去看代码，很有意思。

Task函数集


/// 内核态任务运行栈初始化
LITE_OS_SEC_TEXT_INIT VOID *OsTaskStackInit(UINT32 taskID, UINT32 stackSize, VOID *topStack, BOOL initFlag)
{
    if (initFlag == TRUE) {
        OsStackInit(topStack, stackSize);
    }
    TaskContext *taskContext = (TaskContext *)(((UINTPTR)topStack + stackSize) - sizeof(TaskContext));//上下文存放在栈的底部
    /* initialize the task context */ //初始化任务上下文
#ifdef LOSCFG_GDB
    taskContext->PC = (UINTPTR)OsTaskEntrySetupLoopFrame;
#else
    taskContext->PC = (UINTPTR)OsTaskEntry;//内核态任务有统一的入口地址.
#endif
    taskContext->LR = (UINTPTR)OsTaskExit;  /* LR should be kept, to distinguish it's THUMB or ARM instruction */
    taskContext->R0 = taskID;               /* R0 */
#ifdef LOSCFG_THUMB
    taskContext->regCPSR = PSR_MODE_SVC_THUMB; /* CPSR (Enable IRQ and FIQ interrupts, THUMNB-mode) */
#else //用于设置CPSR寄存器
    taskContext->regCPSR = PSR_MODE_SVC_ARM;   /* CPSR (Enable IRQ and FIQ interrupts, ARM-mode) */
#endif
#if !defined(LOSCFG_ARCH_FPU_DISABLE)
    /* 0xAAA0000000000000LL : float reg initialed magic word */
    for (UINT32 index = 0; index < FP_REGS_NUM; index++) {
        taskContext->D[index] = 0xAAA0000000000000LL + index; /* D0 - D31 */
    }
    taskContext->regFPSCR = 0;
    taskContext->regFPEXC = FP_EN;
#endif
    return (VOID *)taskContext;
}

使用场景和功能

任务创建后，内核可以执行锁任务调度，解锁任务调度，挂起，恢复，延时等操作，同时也可以设置任务优先级，获取任务优先级。任务结束的时候，则进行当前任务自删除操作。

Huawei LiteOS 系统中的任务管理模块为用户提供下面几种功能。


接口名 | 描述 
LOS_TaskCreateOnly | 创建任务，并使该任务进入suspend状态，并不调度。
LOS_TaskCreate | 创建任务，并使该任务进入ready状态，并调度。
LOS_TaskDelete | 删除指定的任务。
LOS_TaskResume | 恢复挂起的任务。
LOS_TaskSuspend | 挂起指定的任务。
LOS_TaskDelay | 任务延时等待。
LOS_TaskYield | 显式放权，调整指定优先级的任务调度顺序。
LOS_TaskLock | 锁任务调度。
LOS_TaskUnlock | 解锁任务调度。
LOS_CurTaskPriSet | 设置当前任务的优先级。
LOS_TaskPriSet | 设置指定任务的优先级。
LOS_TaskPriGet | 获取指定任务的优先级。
LOS_CurTaskIDGet | 获取当前任务的ID。
LOS_TaskInfoGet | 设置指定任务的优先级。
LOS_TaskPriGet | 获取指定任务的信息。
LOS_TaskStatusGet | 获取指定任务的状态。
LOS_TaskNameGet | 获取指定任务的名称。
LOS_TaskInfoMonitor | 监控所有任务，获取所有任务的信息。
LOS_NextTaskIDGet | 获取即将被调度的任务的ID。

创建任务的过程

创建任务之前先了解另一个结构体 tagTskInitParam。


typedef struct tagTskInitParam {//Task的初始化参数
    TSK_ENTRY_FUNC  pfnTaskEntry;  /**< Task entrance function */ //任务的入口函数
    UINT16          usTaskPrio;    /**< Task priority */ //任务优先级
    UINT16          policy;        /**< Task policy */  //任务调度方式
    UINTPTR         auwArgs[4];    /**< Task parameters， of which the maximum number is four */ //入口函数的参数，最多四个
    UINT32          uwStackSize;   /**< Task stack size */ //任务栈大小
    CHAR            *pcName;       /**< Task name */  //任务名称
#if (LOSCFG_KERNEL_SMP == YES)
    UINT16          usCpuAffiMask; /**< Task cpu affinity mask         */ //任务cpu亲和力掩码
#endif
    UINT32          uwResved;      /**< It is automatically deleted if set to LOS_TASK_STATUS_DETACHED。
                                        It is unable to be deleted if set to 0。 */ //如果设置为LOS_TASK_STATUS_DETACHED，则自动删除。如果设置为0，则无法删除
    UINT16          consoleID;     /**< The console id of task belongs  */ //任务的控制台id所属
    UINT32          processID; //进程ID
    UserTaskParam   userParam; //在用户态运行时栈参数
} TSK_INIT_PARAM_S;

这些初始化参数是外露的任务初始参数，pfnTaskEntry 对java来说就是你new进程的run()，需要上层使用者提供。看个例子吧:shell中敲 ping 命令看下它创建的过程：


u32_t osShellPing(int argc， const char **argv)
{
   
    int ret;
    u32_t i = 0;
    u32_t count = 0;
    int count_set = 0;
    u32_t interval = 1000; /* default ping interval */
    u32_t data_len = 48; /* default data length */
    ip4_addr_t dst_ipaddr;
    TSK_INIT_PARAM_S stPingTask;
    // 。。。省去一些中间代码
    /* start one task if ping forever or ping count greater than 60 */
    if (count == 0 || count > LWIP_SHELL_CMD_PING_RETRY_TIMES) {
   
        if (ping_taskid > 0) {
   
            PRINTK("Ping task already running and only support one now\n");
            return LOS_NOK;
        }
        stPingTask.pfnTaskEntry = (TSK_ENTRY_FUNC)ping_cmd;//线程的执行函数
        stPingTask.uwStackSize = LOSCFG_BASE_CORE_TSK_DEFAULT_STACK_SIZE;//0x4000 = 16K 
        stPingTask.pcName = "ping_task";
        stPingTask.usTaskPrio = 8; /* higher than shell 优先级高于10，属于内核态线程*/ 
        stPingTask.uwResved = LOS_TASK_STATUS_DETACHED;
        stPingTask.auwArgs[0] = dst_ipaddr。addr; /* network order */
        stPingTask.auwArgs[1] = count;
        stPingTask.auwArgs[2] = interval;
        stPingTask.auwArgs[3] = data_len;
        ret = LOS_TaskCreate((UINT32 *)(&ping_taskid)， &stPingTask);
    }
 // ...
    return LOS_OK;
ping_error:
    lwip_ping_usage();
    return LOS_NOK;
}

发现ping的调度优先级是8，比shell 还高，那shell的是多少？答案是:看源码是 9。


LITE_OS_SEC_TEXT_MINOR UINT32 ShellTaskInit(ShellCB *shellCB)
{
   
    CHAR *name = NULL;
    TSK_INIT_PARAM_S initParam = {
   0};
    if (shellCB->consoleID == CONSOLE_SERIAL) {
   
        name = SERIAL_SHELL_TASK_NAME;
    } else if (shellCB->consoleID == CONSOLE_TELNET) {
   
        name = TELNET_SHELL_TASK_NAME;
    } else {
   
        return LOS_NOK;
    }
    initParam.pfnTaskEntry = (TSK_ENTRY_FUNC)ShellTask;
    initParam.usTaskPrio   = 9; /* 9:shell task priority */
    initParam.auwArgs[0]   = (UINTPTR)shellCB;
    initParam.uwStackSize  = 0x3000;
    initParam.pcName       = name;
    initParam.uwResved     = LOS_TASK_STATUS_DETACHED;
    (VOID)LOS_EventInit(&shellCB->shellEvent);
    return LOS_TaskCreate(&shellCB->shellTaskHandle， &initParam);
}

关于shell后续会详细介绍，请持续关注。

前置条件了解清楚后，具体看任务是如何一步步创建的，如何和进程绑定，加入调度就绪队列，还是继续看源码：


//创建Task
LITE_OS_SEC_TEXT_INIT UINT32 LOS_TaskCreate(UINT32 *taskID， TSK_INIT_PARAM_S *initParam)
{
    UINT32 ret;
    UINT32 intSave;
    LosTaskCB *taskCB = NULL;

    if (initParam == NULL) {
        return LOS_ERRNO_TSK_PTR_NULL;
    }

    if (OS_INT_ACTIVE) {
        return LOS_ERRNO_TSK_YIELD_IN_INT;
    }

    if (initParam->uwResved & OS_TASK_FLAG_IDLEFLAG) {//OS_TASK_FLAG_IDLEFLAG 是属于内核 idle进程专用的
        initParam->processID = OsGetIdleProcessID();//获取空闲进程
    } else if (OsProcessIsUserMode(OsCurrProcessGet())) {//当前进程是否为用户模式
        initParam->processID = OsGetKernelInitProcessID();//不是就取"Kernel"进程
    } else {
        initParam->processID = OsCurrProcessGet()->processID;//获取当前进程 ID赋值
    }
    initParam->uwResved &= ~OS_TASK_FLAG_IDLEFLAG;//不能是 OS_TASK_FLAG_IDLEFLAG
    initParam->uwResved &= ~OS_TASK_FLAG_PTHREAD_JOIN;//不能是 OS_TASK_FLAG_PTHREAD_JOIN
    if (initParam->uwResved & LOS_TASK_STATUS_DETACHED) {//是否设置了自动删除
        initParam->uwResved = OS_TASK_FLAG_DETACHED;//自动删除，注意这里是 = ，也就是说只有 OS_TASK_FLAG_DETACHED 一个标签了
    }

    ret = LOS_TaskCreateOnly(taskID， initParam);//创建一个任务，这是任务创建的实体，前面都只是前期准备工作
    if (ret != LOS_OK) {
        return ret;
    }
    taskCB = OS_TCB_FROM_TID(*taskID);//通过ID拿到task实体

    SCHEDULER_LOCK(intSave);
    taskCB->taskStatus &= ~OS_TASK_STATUS_INIT;//任务不再是初始化
    OS_TASK_SCHED_QUEUE_ENQUEUE(taskCB， 0);//进入调度就绪队列，新任务是直接进入就绪队列的
    SCHEDULER_UNLOCK(intSave);

    /* in case created task not running on this core，
       schedule or not depends on other schedulers status。*/
    LOS_MpSchedule(OS_MP_CPU_ALL);//如果创建的任务没有在这个核心上运行，是否调度取决于其他调度程序的状态。
    if (OS_SCHEDULER_ACTIVE) {//当前CPU核处于可调度状态
        LOS_Schedule();//发起调度
    }

    return LOS_OK;
}

对应张大爷的故事：就是节目单要怎么填，按格式来，从哪里开始演，要多大的空间，王场馆好协调好现场的环境。这里注意 在同一个节目单只要节目没演完，王场馆申请场地的空间就不能给别人用，这个场地空间对应的就是开源鸿蒙任务的栈空间，除非整个节目单都完了，就回收了。把整个场地干干净净的留给下一个人的节目单来表演。

至此的创建已经完成，已各就各位，源码最后还申请了一次LOS_Schedule ();因为开源鸿蒙的调度方式是抢占式的，如何本次task的任务优先级高于其他就绪队列，那么接下来要执行的任务就是它了！

百文说内核 | 抓住主脉络

子曰：“诗三百，一言以蔽之，曰‘思无邪’。”——《论语》：为政篇。

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，在开源鸿蒙内核源码加注释过程中，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.确实有难度，自不量力，但已经出发，回头已是不可能的了。
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。

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。百篇博客系列思维导图结构如下：

根据上图的思维导图，我们未来将要和大家一一分享以上大部分关键技术点的博客文章。

百万汉字注解.精读内核源码

如果大家觉得看文章不过瘾，想直接撸代码的话，可以去下面四大码仓围观同步注释内核源码：

gitee仓：

https://gitee.com/weharmony/kernel_liteos_a_note

github仓 ：

https://github.com/kuangyufei/kernel_liteos_a_note

codechina仓：

https://codechina.csdn.net/kuangyufei/kernel_liteos_a_note

coding仓：

https://weharmony.coding.net/public/harmony/kernel_liteos_a_note/git/files

写在最后

我们最近正带着大家玩嗨OpenHarmony。如果你有用OpenHarmony开发的好玩的东东，或者有对OpenHarmony的深度技术剖析，想通过我们平台让更多的小伙伴知道和分享的，欢迎投稿，让我们一起嗨起来！有点子，有想法，有Demo，立刻联系我们：

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