HCIA-HarmonyOS设备开发认证V2.0-3.2.轻量系统内核基础-任务管理

一、任务管理

从系统角度看，任务是竞争系统资源的最小运行单元。任务可以使用或等待CPU、使用内存空间等系统资源，并独立于其它任务运行。
OpenHarmony LiteOS-M 的任务模块可以给用户提供多个任务，实现任务间的切换，帮助用户管理业务程序流程。任务模块具有如下特性：

• 支持多任务。
• 一个任务表示一个线程。
• 抢占式调度机制，高优先级的任务可打断低优先级任务，低优先级任务必须在高优先级任务阻塞或结束后才能得到调度。
• 相同优先级任务支持时间片轮转调度方式。
• LiteOS-M共有32个优先级[0-31]，最高优先级为0，最低优先级为31。

1.1、任务状态

任务有多种运行状态。系统初始化完成后，创建的任务就可以在系统中竞争一定的资源，由内核进行调度。
任务状态通常分为以下四种：

• 就绪（Ready）：该任务在就绪队列中，只等待CPU。
• 运行（Running）：该任务正在执行。
• 阻塞（Blocked）：该任务不在就绪队列中。包含任务被挂起（suspend状态）、任务被延时（delay状态）、任务正在等待信号量、读写队列或者等待事件等。
• 退出态（Dead）：该任务运行结束，等待系统回收资源。

任务状态迁移说明：

• 就绪态→运行态：任务创建后进入就绪态，发生任务切换时，就绪队列中最高优先级的任务被执行，从而进入运行态，同时该任务从就绪队列中移出。
• 运行态→阻塞态：正在运行的任务发生阻塞（挂起、延时、读信号量等）时，将该任务插入到对应的阻塞队列中，任务状态由运行态变成阻塞态，然后发生任务切换，运行就绪队列中最高优先级任务。
• 阻塞态→就绪态（阻塞态→运行态）：阻塞的任务被恢复后（任务恢复、延时时间超时、读信号量超时或读到信号量等），此时被恢复的任务会被加入就绪队列，从而由阻塞态变成就绪态；此时如果被恢复任务的优先级高于正在运行任务的优先级，则会发生任务切换，该任务由就绪态变成运行态。
• 就绪态→阻塞态：任务也有可能在就绪态时被阻塞（挂起），此时任务状态由就绪态变为阻塞态，该任务从就绪队列中删除，不会参与任务调度，直到该任务被恢复。
• 运行态→就绪态：有更高优先级任务创建或者恢复后，会发生任务调度，此刻就绪队列中最高优先级任务变为运行态，那么原先运行的任务由运行态变为就绪态，依然在就绪队列中。
• 运行态→退出态：运行中的任务运行结束，任务状态由运行态变为退出态。退出态包含任务运行结束的正常退出状态以及Invalid状态。例如，任务运行结束但是没有自删除，对外呈现的就是Invalid状态，即退出态。
• 阻塞态→退出态：阻塞的任务调用删除接口，任务状态由阻塞态变为退出态。

1.2、任务基本概念

• 任务ID：任务ID，在任务创建时通过参数返回给用户，是任务的重要标识。系统中的ID号是唯一的。用户可以通过任务ID对指定任务进行任务挂起、任务恢复、查询任务名等操作。
• 任务优先级：优先级表示任务执行的优先顺序。任务的优先级决定了在发生任务切换时即将要执行的任务，就绪队列中最高优先级的任务将得到执行。
• 任务入口函数：新任务得到调度后将执行的函数。该函数由用户实现，在任务创建时，通过任务创建结构体设置。
• 任务栈：每个任务都拥有一个独立的栈空间，我们称为任务栈。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。
• 任务上下文：任务在运行过程中使用的一些资源，如寄存器等，称为任务上下文。当这个任务挂起时，其他任务继续执行，可能会修改寄存器等资源中的值。如果任务切换时没有保存任务上下文，可能会导致任务恢复后出现未知错误。因此在任务切换时会将切出任务的任务上下文信息，保存在自身的任务栈中，以便任务恢复后，从栈空间中恢复挂起时的上下文信息，从而继续执行挂起时被打断的代码。
• 任务控制块TCB：每个任务都含有一个任务控制块（TCB）。TCB包含了任务上下文栈指针（stack pointer）、任务状态、任务优先级、任务ID、任务名、任务栈大小等信息。TCB 可以反映出每个任务运行情况。
• 任务切换：任务切换包含获取就绪队列中最高优先级任务、切出任务上下文保存、切入任务上下文恢复等动作。用户创建任务时，系统会初始化任务栈，预置上下文。此外，系统还会将“任务入口函数”地址放在相应位置。这样在任务第一次启动进入运行态时，将会执行“任务入口函数”。

1.3、任务管理使用说明

• 执行Idle任务时，会对待回收链表中的任务控制块和任务栈进行回收。
• 任务名是指针，并没有分配空间，在设置任务名时，禁止将局部变量的地址赋值给任务名指针。
• 任务栈的大小按8字节大小对齐。确定任务栈大小的原则是，够用就行，多了浪费，少了任务栈溢出。
• 挂起当前任务时，如果已经锁任务调度，则无法挂起。
• Idle任务及软件定时器任务不能被挂起或者删除。
• 在中断处理函数中或者在锁任务的情况下，执行LOS_TaskDelay会失败。
• 锁任务调度，并不关中断，因此任务仍可被中断打断。
• 锁任务调度必须和解锁任务调度配合使用。
• 设置任务优先级时可能会发生任务调度。
• 可配置的系统最大任务数是指：整个系统的任务总个数，而非用户能使用的任务个数。例如：系统软件定时器多占用一个任务资源，那么用户能使用的任务资源就会减少一个。
• LOS_CurTaskPriSet 和 LOS_TaskPriSet 接口不能在中断中使用，也不能用于修改软件定时器任务的优先级。
• LOS_TaskPriGet接口传入的task ID对应任务未创建或者超过最大任务数，统一返回-1。
• 在删除任务时要保证任务申请的资源（如互斥锁、信号量等）已被释放。

1.4、任务开发流程

• 1. 锁任务调度LOS_TaskLock，防止高优先级任务调度；
• 2. 创建任务LOS_TaskCreate；
• 3. 解任务调度LOS_TaskUnlock，让任务按照优先级进行调度；
• 4. 延时任务LOS_TaskDelay，任务延时等待；
• 5. 挂起指定任务LOS_TaskSupend；
• 6. 恢复挂起的任务LOS_TaskResume;

1.5、任务管理接口

功能类别	接口函数	描述
los_task	LOS_TaskCreateOnly	创建任务并挂起
	LOS_TaskCreate	创建任务并就绪
	LOS_TaskResume	恢复挂起任务进入就绪
	LOS_TaskSuspend	挂起任务进入阻塞
	LOS_TaskDelete	删除任务
	LOS_TaskDelay	延时并挂起
	LOS_TaskLock	锁定任务调度
	LOS_TaskUnlock	恢复任务调度
	LOS_TaskPriSet	设置任务优先级
	LOS_CurTaskPriSet	设置当前任务优先级
	LOS_TaskYield	释放cpu并进入调度
	LOS_TaskPriGet	获取任务优先级
	LOS_CurTaskIDGet	获取当前任务ID
	LOS_NextTaskIDGet	获取下一个任务ID
	LOS_CurTaskNameGet	获取当前任务名称
	LOS_TaskInfoGet	获取任务信息
	LOS_TaskStatusGet	获取任务状态
	LOS_TaskInfoMonitor	获取任务所以信息
	LOS_TaskSwitchInfoGet	获取任务切换信息
	LOS_TaskIsRunning	获取任务调度状态
	LOS_NewTaskIDGet	获取下一个任务名称
	LOS_TaskNameGet	获取任务名称
	LOS_TaskJoin	挂起任务并等待回收资源
	LOS_TaskDetach	修改属性并自动回收资源
los_sched	LOS_SchedTickTimeoutNsGet	获取任务调度时间片
	LOS_SchedTickHandler	Tick中断回调函数
	LOS_Schedule	触发任务调度
los_dispatch	HalStartToRun	任务开始
	ArchIntLock	关中断
	ArchIntUnLock	开中断
	ArchTaskSchedule	触发PendSV异常
	HalPendSV	PendSV处理函数
	HalTaskSwitch	任务切换