鸿蒙内核源码分析：调度机制篇

作者 | 深入研究鸿蒙，鸿蒙内核发烧友

出品 | CSDN（ID：CSDNnews）

头图 | CSDN 下载自东方 IC

阅读之前建议先读本系列其他文章，以便对本文任务调度机制的理解。

为什么要学这么多的相关概念？

鸿蒙的内核中 Task 和线程在广义上可以理解为是一个东西，但狭义上肯定会有区别，区别在于管理体系的不同，Task是调度层面的概念，线程是进程层面概念。比如 main() 函数中首个函数 OsSetMainTask(); 就是设置启动任务，但此时啥都还没开始呢，Kprocess 进程都没创建，怎么会有大家一般意义上所理解的线程呢。狭义上的后续有鸿蒙内核源码分析(启动过程篇) 来说明。不知道大家有没有这种体会，学一个东西的过程中要接触很多新概念，尤其像 Java/android 的生态，概念贼多，很多同学都被绕在概念中出不来，痛苦不堪。那问题是为什么需要这么多的概念呢？

举个例子就明白了：

假如您去深圳参加一个面试老板问你哪里人？你会说是江西人，湖南人... 而不会说是张家村二组的张全蛋，这样还谁敢要你。但如果你参加同乡会别人问你同样问题，你不会说是来自东北那旮沓的，却反而要说张家村二组的张全蛋。明白了吗？张全蛋还是那个张全蛋，但因为场景变了，您的说法就得必须跟着变，否则没法愉快的聊天。程序设计就是源于生活，归于生活，大家对程序的理解就是要用生活中的场景去打比方，更好的理解概念。

那在内核的调度层面，咱们就说 task, task 是内核调度的单元，调度就是围着它转。

进程和线程的状态迁移图

先看看 task 从哪些渠道产生：

渠道很多，可能是 shell 的一个命令，也可能由内核创建，更多的是大家编写应用程序 new 出来的一个线程。

调度的内容 task 已经有了，那他们是如何有序的被调度？答案：是32个进程和线程就绪队列，各32个哈，为什么是32个，鸿蒙系统源码分析其他文章里有详细说明，自己去翻。这张进程状态迁移示意图一定要看明白，线程的状态迁移大家去官方文档看，不一一列出来，太多了占地方。

注意:进程和线程的队列内的内容只针对就绪状态,其他状态内核并没有用队列去描述它，(线程的阻塞状态用的是 pendlist 链表)，因为就绪就意味着工作都准备好了就等着被调度到 CPU 来执行了。所以理解就绪队列很关键，有三种情况会加入就绪队列。

Init → Ready：

进程创建或 fork 时，拿到该进程控制块后进入 Init 状态，处于进程初始化阶段，当进程初始化完成将进程插入调度队列，此时进程进入就绪状态。
Pend → Ready / Pend → Running：

阻塞进程内的任意线程恢复就绪态时，进程被加入到就绪队列，同步转为就绪态，若此时发生进程切换，则进程状态由就绪态转为运行态。
Running → Ready：

进程由运行态转为就绪态的情况有以下两种：
有更高优先级的进程创建或者恢复后，会发生进程调度，此刻就绪列表中最高优先级进程变为运行态，那么原先运行的进程由运行态变为就绪态。
若进程的调度策略为 SCHED_RR，且存在同一优先级的另一个进程处于就绪态，则该进程的时间片消耗光之后，该进程由运行态转为就绪态，另一个同优先级的进程由就绪态转为运行态。

谁来触发调度工作？

就绪队列让 task 各就各位，在其生命周期内不停的进行状态流转，调度是让 task 交给 CPU 处理，那又是什么让调度去工作的呢？它是如何被触发的？

笔者能想到的触发方式是以下四个：

Tick (时钟管理)，类似于 JAVA 的定时任务，时间到了就触发。系统定时器是内核时间机制中最重要的一部分，它提供了一种周期性触发中断机制，即系统定时器以 HZ（时钟节拍率）为频率自行触发时钟中断。当时钟中断发生时，内核就通过时钟中断处理程序 OsTickHandler 对其进行处理。鸿蒙内核默认是10ms触发一次，执行以下中断函数：

/** 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_VDSOOsUpdateVdsoTimeval();
#endif#ifdef LOSCFG_KERNEL_TICKLESSOsTickIrqFlagSet(OsTicklessFlagGet());
#endif#if (LOSCFG_BASE_CORE_TICK_HW_TIME == YES)HalClockIrqClear(); /* diff from every platform */
#endifOsTimesliceCheck();OsTaskScan(); /* task timeout scan *///*kyf 任务扫描，发起调度#if (LOSCFG_BASE_CORE_SWTMR == YES)OsSwtmrScan();
#endif
}

里面对任务进行了扫描，时间片到了或就绪队列有高或同级task, 会执行调度。

第二个是各种软硬中断，如何USB插拔，键盘，鼠标这些外设引起的中断，需要去执行中断处理函数。
第三个是程序主动中断，比如运行过程中需要申请其他资源，而主动让出控制权，重新调度。
最后一个是创建一个新进程或新任务后主动发起的抢占式调度，新进程会默认创建一个main task, task的首条指令(入口函数)就是我们上层程序的main函数，它被放在代码段的第一的位置。
哪些地方会申请调度？看一张图。

这里提下图中的 OsCopyProcess(), 这是fork进程的主体函数，可以看出fork之后立即申请了一次调度。

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);
}STATIC INT32 OsCopyProcess(UINT32 flags, const CHAR *name, UINTPTR sp, UINT32 size)
{UINT32 intSave, ret, processID;LosProcessCB *run = OsCurrProcessGet();LosProcessCB *child = OsGetFreePCB();if (child == NULL) {return -LOS_EAGAIN;}processID = child->processID;ret = OsForkInitPCB(flags, child, name, sp, size);if (ret != LOS_OK) {goto ERROR_INIT;}ret = OsCopyProcessResources(flags, child, run);if (ret != LOS_OK) {goto ERROR_TASK;}ret = OsChildSetProcessGroupAndSched(child, run);if (ret != LOS_OK) {goto ERROR_TASK;}LOS_MpSchedule(OS_MP_CPU_ALL);if (OS_SCHEDULER_ACTIVE) {LOS_Schedule();//*kyf 申请调度}return processID;ERROR_TASK:SCHEDULER_LOCK(intSave);(VOID)OsTaskDeleteUnsafe(OS_TCB_FROM_TID(child->threadGroupID), OS_PRO_EXIT_OK, intSave);
ERROR_INIT:OsDeInitPCB(child);return -ret;
}

原来创建一个进程这么简单，真的就是在 COPY ！这里抛个问题请大家思考，为何创建进程用 copy ,创建线程用 new ?

源码告诉你调度过程是怎样的

以上是需要提前了解的信息，接下来直接上源码看调度过程吧，文件就三个函数，主要就是这个了：

VOID OsSchedResched(VOID)
{LOS_ASSERT(LOS_SpinHeld(&g_taskSpin));//*kyf 调度过程要上锁newTask = OsGetTopTask(); //*kyf 获取最高优先级任务OsSchedSwitchProcess(runProcess, newProcess);//*kyf 切换运行的进程(VOID)OsTaskSwitchCheck(runTask, newTask);OsCurrTaskSet((VOID*)newTask);//*kyf 设置当前任务if (OsProcessIsUserMode(newProcess)) {OsCurrUserTaskSet(newTask->userArea);//*kyf 运行空间}/* do the task context switch */OsTaskSchedule(newTask, runTask); //*kyf 切换任务上下文
}

函数有点长，笔者留了最重要的几行，看这几行就够了，流程如下:

调度过程要自旋锁，不允许任何中断发生，没错，说的是任何事是不能去打断它，否则后果太严重了，这可是内核在切换进程和线程的操作啊。
在就绪队列里找个最高优先级的 task
切换进程，就是 task/线程归属的那个进程为当前进程，这里要注意，老的 task 和老进程只是让出了 CPU 指令执行权，其他都还在内存。
设置新任务为当前任务
用户模式下需要设置 task 运行空间，因为每个 task 栈是不一样的
是最重要的，切换任务上下文，参数是新老两个任务，一个要保存现场，一个要恢复现场。

什么是任务上下文？看鸿蒙系统源码分析其他文章，有专门的介绍。这里要说明的是在 CPU 的层面，它只认任务上下文！这里看不到任何代码了，因为这是跟 CPU 相关的，不同的 CPU 需要去适配不同的汇编代码，所以这些汇编代码不会出现在一个通用工程中。请留意后续鸿蒙内核源码分析(汇编指令篇)。

请读懂内核最美函数 OsGetTopTask()

最后留个作业，读懂这个笔者认为的内核最美函数，就明白了就绪队列是怎么回事了。这里提下 goto 语句，几乎所有内核代码都会大量的使用 goto 语句，鸿蒙内核有617个 goto 远大于264个 break ,还有人说要废掉 goto，你知道内核开发者青睐 goto 的真正原因吗？

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();
#endifLosProcessCB *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)) {
#endifnewTask->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
}

原文地址：https://blog.csdn.net/kuangyufei/article/details/108705968

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