0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

RT-Thread操作系统的调度设计原理

RTThread物联网操作系统 来源:RT-Thread 作者:RT-Thread 2020-09-02 14:14 次阅读

要想使用好RTOS,做出更加稳定可靠的产品,必须非常清楚底层的调度原理。由于RTOS的实时性与可控性,所以只有了解了其核心部分的设计思想,才能用起来得心应手,游刃有余。本文从RT-Thread的调度器设计的运行方式上解释一下调度器的行为,从而更加深刻的理解RT-Thread操作系统的调度时机。

1.调度是什么?

调度一般就是合理的安排、协调资源,统一指挥去完成一件事,而在操作系统中,线程调度就是有多个就绪优先级的任务,找到最高优先级任务,交给CPU去运行。

RT-Thread调度器就是起到判决线程当前的优先级,然后选择当前系统中最高优先级的就绪态的线程交给CPU去管理。

调度又可以细分为两种。可打断调度:关键防止优先级倒置;不可打断调度:先来先服务,不可中断。RT-Thread 属于实时操作系统,所以其调度器实现的是可打断的调度,当有更高优先级的线程或者更重要的任务就行,则可以打断当前任务的执行状态,去执行优先级更高的任务。那么此时,调度的时机就非常的关键了。

2.调度怎么实现?

RT-Thread在创建任务的时候,会指定任务的优先级,一般来说,每个任务都有自己特定的唯一的优先级。所以内核线程对象中有不同的优先级的任务列表。

如果最大指定为32个优先级,那么可以用32位数据类型表示,每一个bit表示一个优先级就绪的状态。使用位图的优点就是速度快,而且内存占用小。

一般来说,调度去找到最高优先级的任务时,就需要去做判断。如何去找到最高优先级的任务。一般来说,有两种办法:

软件计算

硬件计算

这两种的差别仅仅在于计算效率的问题,本质目的并无差别。

而用软件计算方法寻找最高优先级有两种实现的策略:

1.遍历就绪的队列,找到最小的优先级就绪的队列,寻找的时间不确定,时间复杂度O(n)。

2.采用空间换时间的办法,事先做好一个bitmap

例如系统中最大有8个优先级,那么bitmap如下:

 1constrt_uint8_t__lowest_bit_bitmap[]=
 2{
 3/*00*/0,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0,
 4/*10*/4,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0,
 5/*20*/5,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0,
 6/*30*/4,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0,
 7/*40*/6,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0,
 8/*50*/4,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0,
 9/*60*/5,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0,
10/*70*/4,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0,
11/*80*/7,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0,
12/*90*/4,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0,
13/*A0*/5,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0,
14/*B0*/4,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0,
15/*C0*/6,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0,
16/*D0*/4,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0,
17/*E0*/5,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0,
18/*F0*/4,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0
19};
一般每一位代表一个就绪的状态,所以__rt_ffs程序的设计如下
 1int__rt_ffs(intvalue)
 2{
 3if(value==0)return0;
 4
 5if(value&0xff)
 6return__lowest_bit_bitmap[value&0xff]+1;
 7
 8if(value&0xff00)
 9return__lowest_bit_bitmap[(value&0xff00)>>8]+9;
10
11if(value&0xff0000)
12return__lowest_bit_bitmap[(value&0xff0000)>>16]+17;
13
14return__lowest_bit_bitmap[(value&0xff000000)>>24]+25;
15}

如果当前系统的线程状态为0b0110 0000,那么转换成十六进制就是0x60,根据表中的状态此时的最高优先级是5+1=6。所以可以得出系统的优先级,此时计算的复杂度为O(1)。

虽然RT-Thread 是支持同等优先级的,但是在具体的业务逻辑的设计中,在使用RTOS常用的设计方法中,一般都是要求程序的运行逻辑是可预测的,就是在程序执行的过程中,可以预测到程序下一步的动作。所以rtos中同等优先级,按照时间片轮训的这种方式设计业务逻辑的情况并不多。使用相同优先级会增加系统的业务逻辑的复杂性。

3.什么时候系统做调度?

RT-Thread 是抢占式的系统调用,所以系统什么时候去做的调度非常的关键。系统调度行为具体又分为主动调度和被动调度两种。

3.1 任务主动block

当A线程在正常运行时,主动放弃CPU的使用权,比如去执行rt_thread_delay或者等待一个IPC消息时,当前线程会主动放弃CPU资源,此时去系统中寻找已经就绪的最高优先级的线程进行调度。

这种方式应用的场景比较丰富,比如当前线程没有获取到资源时,需让出CPU的使用权,或者事情做完了,主动让出CPU的使用权,这就是系统做调度的时机。

A线程的优先级要高于B线程的优先级,所以在A放弃CPU使用权后,已经就绪的最高优先级线程B就开始执行了。

3.2 被更高优先级的任务唤醒

这种方式就是当比当前运行线程的优先级高的线程处于就绪态时,高优先级的就绪态线程会被唤醒,低优先级线程将暂停运行,此时会调度到比当前线程更高的优先级线程中去。

按照理解A线程是正在运行的线程,此时更高任务优先级的线程C就绪处于就绪状态了。比如创建了一个比A优先级更高的C进程,并startup C线程,此时会执行rt_schedule()将线程切换到优先级更高的C线程。此时A线程运行状态以及处理器寄存器状态压栈,更高优先级的C线程的状态以及处理器寄存器状态出栈,并且开始运行C线程。

3.3 yield放弃cpu使用

首先理解一下什么是yield,解释成让出,放弃比较合理。该出让只针对于同等优先级的线程。

这种情况只适用于A线程的优先级等于B线程的优先级的情况。因为RTT支持同等优先级的方式创建线程,相同的优先级的切换是靠时间片轮询来进行的。所以,当A线程正常运行的时候,如果执行了yield函数,那么只相当于将A线程的时间片消耗完,此时同等优先级的D线程开始运行。 由于在RTOS中,需要的是完成任务的确定性与可靠性,同等优先级的情况比较有限,所以这一块应用的不多。

3.4 中断中执行调度

以上的三种属于主动进行调度的过程,其系统的执行流程都是可以预测的,但是中断去执行调度却是比较特殊。是被动调度。

这种方式是在中断中执行调度的,当A线程正常运行时,此时来了一个中断,由于中断的优先级是高于线程的。所以,中断处理事情,如果在中断中执行了调度函数,那么在中断退出后,将直接切换到当前系统中更高优先级的线程去运行。如果如果当前系统的最高优先级还是A,那么中断退出后,执行的最高优先级线程依然是A。若存在线程E线程优先级高于A并且处于就绪状态,此时,中断退出后,切换到E线程去执行。

4.调度做了哪些事情?

系统进行调度的时候做了哪些事情?

第一步:查找当前系统中当前以及就绪的最高优先级的线程,若有高于当前运行系统运行的线程栈则执行线程切换

第二步:关闭中断,将系统当前运行状态以及处理器的寄存器压入栈空间

第三步:找到需要运行的线程的PC指针,并找到栈起始处弹出栈空间中的寄存器状态

第四部:打开中断,执行异常ret,让系统恢复执行

此时,就切换到已经就绪的更高优先级的线程去运行了。

5.总结

RT-Thread 线程的调度器是整个系统的灵魂,整个操作系统在运行过程中何时切换线程、什么情况下去处理任务,以及做更高效的业务逻辑的应用都离不开系统调度。掌握了调度器运行的规律,并且合理的使用线程调度时机,可以设计出更加稳定可靠的产品。通过阅读代码,就能预测程序下一步的执行动作。真正的做到手中有粮,心中不慌。

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • cpu
    cpu
    +关注

    关注

    68

    文章

    10807

    浏览量

    210856
  • 操作系统
    +关注

    关注

    37

    文章

    6689

    浏览量

    123145
  • 实时操作系统

    关注

    1

    文章

    196

    浏览量

    30731
  • RT-Thread
    +关注

    关注

    31

    文章

    1261

    浏览量

    39843
  • 调度器
    +关注

    关注

    0

    文章

    98

    浏览量

    5232

原文标题:​RT-Thread的线程调度与管理分析

文章出处:【微信号:RTThread,微信公众号:RTThread物联网操作系统】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    【本周六-深圳】RT-Thread嵌入式操作系统专业培训班正式开班

    RT-Thread官方在本周六将发起为期三天的嵌入式操作系统专业培训班!本次培训将会深入讲解RT-Thread嵌入式实时操作系统的核心概念、实战技巧和应用场景!无论企业团队/工程师是刚
    的头像 发表于 11-08 01:07 73次阅读
    【本周六-深圳】<b class='flag-5'>RT-Thread</b>嵌入式<b class='flag-5'>操作系统</b>专业培训班正式开班

    RT-Thread 操作系统物联网应用开发师资培训会议通知

    随着物联网和智能系统的快速发展,嵌入式成为当前最热门最有发展前途的IT应用领域之一。为进一步提升全国大学生在嵌入式芯片及系统设计领域的创新能力,特别是针对物联网应用开发中RT-Thread操作
    的头像 发表于 10-19 08:10 148次阅读
    <b class='flag-5'>RT-Thread</b> <b class='flag-5'>操作系统</b>物联网应用开发师资培训会议通知

    喜报|睿赛德科技RT-Thread操作系统成功入选上海市重点推荐目录

    近日,经企业自主申报、资料审查、专家评审、产品测试等环节,上海睿赛德电子科技有限公司自主研发的RT-Thread嵌入式实时操作系统成功入选《2024年度上海市重点产业和领域数字化产品和解
    的头像 发表于 10-18 08:08 416次阅读
    喜报|睿赛德科技<b class='flag-5'>RT-Thread</b><b class='flag-5'>操作系统</b>成功入选上海市重点推荐目录

    新书发布——《RT-Thread嵌入式实时操作系统内核、驱动和应用开发技术》

    我们非常高兴地宣布,由郑苗秀、沈鸿飞和廖建尚编著的《RT-Thread嵌入式实时操作系统内核、驱动和应用开发技术》一书正式发布。本书的编写团队由多位在嵌入式和实时操作系统领域有着丰富经验的专家组
    的头像 发表于 09-03 08:06 418次阅读
    新书发布——《<b class='flag-5'>RT-Thread</b>嵌入式实时<b class='flag-5'>操作系统</b>内核、驱动和应用开发技术》

    【好书推荐】RT-Thread设备驱动开发指南

    近年来国内芯片产业和物联网产业的快速崛起,行业发展迫切需要更多人才,尤其需要掌握嵌入式操作系统等底层技术的人才。随着RT-Thread被更广泛地应用于行业中,开发者对嵌入式驱动开发的需求越来越
    的头像 发表于 08-01 08:35 488次阅读
    【好书推荐】<b class='flag-5'>RT-Thread</b>设备驱动开发指南

    RT-Thread内部机制大揭秘,带你深入操作系统内核

    一、RT-Thread概述RT-Thread是一款具有显著优势的开源嵌入式实时操作系统。它不仅具备轻量级、实时性强的特点,还拥有广泛的开源社区支持和丰富的应用场景。在轻量级方面,RT-Thre
    的头像 发表于 08-01 08:11 2800次阅读
    <b class='flag-5'>RT-Thread</b>内部机制大揭秘,带你深入<b class='flag-5'>操作系统</b>内核

    睿赛德科技CEO熊谱翔 ——基于RT-Thread操作系统的安全车控系统实践

    操作系统非常看重生态,RT-ThreadSafetyAuto操作系统也是这样,通过兼容开源RT-Thread操作系统的API来复用已有的生
    的头像 发表于 07-13 08:35 1293次阅读
    睿赛德科技CEO熊谱翔 ——基于<b class='flag-5'>RT-Thread</b><b class='flag-5'>操作系统</b>的安全车控<b class='flag-5'>系统</b>实践

    如何在FreeRTOS操作系统上跑RT-Thread

    我现在有个项目用的MCU 内核是很小众的,芯片厂家仅支持freertos,我现在想把rt-thread弄上去跑,不知道该怎么实现开关中断以及上下文切换等,能提供帮助吗? 底层继续使用freertos,我在应用中使用rt-thread
    发表于 07-09 08:30

    RT-Thread 新里程碑达成——GitHub Star 破万!

    RT-Thread实时操作系统开源项目在GitHub上的star数量突破一万!截止发文,RT-Thread作为实时操作系统在业界Star数量排名第一!仓库地址:https://gith
    的头像 发表于 07-04 08:35 378次阅读
    <b class='flag-5'>RT-Thread</b> 新里程碑达成——GitHub Star 破万!

    基于 RT-Thread专业版的EtherCAT主站方案

    特点。在RT-Thread实时操作系统上运行EtherCAT主站协议,大大提高了实时性,极大降低了循环同步抖动时间,可满足各种对实时性要求苛刻的应用场景。以下是在瑞
    的头像 发表于 06-19 08:35 746次阅读
    基于 <b class='flag-5'>RT-Thread</b>专业版的EtherCAT主站方案

    开发者分享 | 基于先楫RT-Thread BSP,使用CLion开发应用

    ,搭载RT-Thread实时操作系统,使用RT-ThreadStudio进行开发。RT-Thread是一个伟大的操作系统,但是,
    的头像 发表于 06-07 08:17 2551次阅读
    开发者分享 | 基于先楫<b class='flag-5'>RT-Thread</b> BSP,使用CLion开发应用

    实时操作系统RT-Thread及FreeRTOS

    RT-Thread与其他很多RTOS如FreeRTOS的主要区别之一是,它不仅仅是一个实时内核,还具备丰富的中间层组件,如下图所示。FreeRTOS和RT-Thread是两种常见的嵌入式实时操作系统
    的头像 发表于 05-29 08:10 3399次阅读
    实时<b class='flag-5'>操作系统</b>之<b class='flag-5'>RT-Thread</b>及FreeRTOS

    新书发布——《实时操作系统应用技术:RT-Thread与ARM编程实践》

    RT-Thread又一本新书《实时操作系统应用技术——基于RT-Thread与ARM的编程实践》发布,标志着RT-Thread生态和实时操作系统
    的头像 发表于 05-11 08:35 693次阅读
    新书发布——《实时<b class='flag-5'>操作系统</b>应用技术:<b class='flag-5'>RT-Thread</b>与ARM编程实践》

    RT-Thread荣获“最具影响力IoT操作系统奖”

    2024年3月30日,第十一届开源操作系统年度技术会议(OS2ATC)在西郊宾馆举办!RT-Thread作为国内领先的开源操作系统斩获了“最具影响力IoT操作系统奖”。该奖项是对
    的头像 发表于 04-12 08:37 388次阅读
    <b class='flag-5'>RT-Thread</b>荣获“最具影响力IoT<b class='flag-5'>操作系统</b>奖”

    RT-Thread斩获“最具影响力IoT操作系统奖”

    2024年3月30日,第十一届开源操作系统年度技术会议(OS2ATC)在西郊宾馆举办!RT-Thread作为国内领先的开源操作系统斩获了“最具影响力IoT操作系统奖”。
    的头像 发表于 04-10 09:51 527次阅读