鸿蒙内核源码分析(时钟任务篇)

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sortLinkNodeROLLNUM_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;
#endiftaskCB->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CPUnewTask->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);
#endifif ((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
}

写在最后

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