2011年计算机软件水平考试嵌入式系统设计师辅导笔记(6)

基本思想：把当前任务的运行上下文保存起来，并恢复新任务的上下文。 任务切换通常有下面的基本步骤：

A、将处理器的运行上下文保存在当前任务的TCB 中。

B、更新当前任务的状态，从运行状态变为就绪状态或阻塞状态。 C、按照一定的策略，从所有处于就绪状态的任务中选择一个去运行。 D、修改新任务的状态，从就绪状态变成运行状态。

E、根据新任务的TCB 的内容，恢复它的运行上下文环境。 在一个多任务的操作系统中，采用任务队列的方式来组织它的所有任务。由操作系统来维护一组队列，用来表示系统当中所有任务的当前状态，不同的状态用不同的队列来标志。 (8)任务的调度

调度器可以看作CPU 的资源管理者。

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任务调度的首要问题是：何时进行调度，即调度发生的时机。一般有下面几种情形： A、一个新任务被创建时，需要决定运行新任务还是继续执行父任务。 B、一个任务运行结束时，需要从就绪队列中选择某个任务去运行。 C、一个任务运行阻塞时，需要选择另一个任务去运行。

D、一个I/O 操作完成，任务阻塞结束，立即执行新就绪任务还是继续执行被中断任务。 E、一个时钟节拍结束时，需要对就绪任务重新调度。

任务调度的第二个问题是：如何调度，即调度方式。主要有两种方式： A、不可抢占调度方式：例如时间片轮转。 B、可抢占调度方式：例如优先级调度。 实时操作系统大都采用可抢占调度方式。 任务调度的第三个问题是：调度算法。

A、先来先服务算法：按照任务到达的先后次序进行调度，是不可抢占的调度方式。

B、短作业优先算法：各个任务开始执行之前，事先预计好它的执行时间，从中选择用时较短的任务优先执行。

C、时间片轮转算法：所有的就绪任务按照先来先服务的原则排成一个队列。在每次调度的时候，把处理器分派给队列当中的第一个任务，让它去执行一小段时间。在这个时间段里任务被阻塞或由于其他原因暂停，或者任务的时间片用完了，它会被送到就绪队列的末尾，然后调度器再执行当前队列的第一个任务。这种算法的优点是各个就绪任务都平均地分配使用CPU 的时间，每个就绪任务都能一直保持着活动性。时间片轮转法有一个默认前提，即位于就绪队列中的各个任务是同等重要的。

D、优先级算法：给每个任务都设置一个优先级。然后在任务调度的时候，在所有处于就绪状态的任务中选择优先级最高的那个任务去运行。采用优先级调度算法的一个问题是可能会发生优先级反转(教程P285)，出现任务“饥饿”现象。 (9)实时系统调度

对于RTOS 调度器来说，任务之间的公平性并不是最重要的，它追求的是实时性。

A、单调速率调度算法(RMS)：任务的优先级与它的周期表现为单调函数的关系，任务的周期越短，优先级越高，任务的周期越长，优先级越低。RMS 假定任务是相同独立的、周期性的、任务在能够在任何位置被抢占，而实际中的系统，任务之间需要进行通信和同步，这是一种理想的调度方法，实际中并不一定存在。 B、最早期限优先法(EDF)：根据任务的截止时间来确定其优先级，对于时间限期最近的任务，分配最高的优先级。当有一个新的任务处于就绪状态时，各个任务的优先级就有可能要进行调整，选择截止时间最近的任务去运行。 (10)任务互斥

A、任务之间的关系：相互独立、任务互斥、任务同步、任务通信。

B、任务间的互斥：当前已经有一个任务正在访问临界区共享数据，那么其他任务暂时不能访问。

C、提出互斥访问的四个条件：

a、在任何时候最多只能有一个任务位于它的临界区中。 b、不能事先假定CPU 的个数和系统的运行速度。

c、没有任务位于它的临界区中，它不妨碍其他任务去访问临界区资源。

d、任何一个任务进入临界区的请求必须在有限的时间内得到满足，不能无限期。 D、任务互斥的解决方案： a、关闭中断法 b、繁忙等待法

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c、信号量处理 (11)信号量

信号量记录当前可用资源的数量。

信号量由操作系统维护，任务不能直接去修改它的值，只能通过初始化和两个标准原语(PV 原语)来对它进行访问。 注：关于原语。

原语通常由若干条语句组成，用来实现某个特点的操作，并通过一段不可分割或不可中断的程序来实现其功能。原语时操作系统内核的一个组成部分，必须在内核态下执行。原语的不可中断性是通过在其执行过程中关闭中断来实现的。关键要理解PV 原语的实现： P(semaphores S) {

--S.count; //申请一个资源

if(S.count < 0) //没有空闲资源 {

将当前任务阻塞起来，加到阻塞队列末尾，调度新的任务运行。 } }

V(semaphores S) {

++S.count; //释放一个资源

if(S.count <= 0) //有任务被阻塞 {

从阻塞队列中取出一个任务，把该任务改为就绪状态，插入就绪队列。 } }

利用操作系统提供的信号量机制，可以方便、有效地实现对临界资源的互斥访问，优 点有两个：

A、可以设置信号量的计数值，从而允许多个任务同时进入临界区。

B、当一个任务暂时无法进入临界区时，它会被阻塞起来，将CPU 让给其他任务。 (12)任务同步

任务之间的同步可以使用信号量机制，通过引入PV 操作来设定两个任务在运行时的先后顺序。例如，可以把信号量视为某个共享资源的当前个数，然后由一个任务负责生成这种资源，而另一个任务则负责消费这种资源，这样可以构成两个任务之间的先后顺序。在具体实现上，一般把信号量的初始值设为N，N 大于或等于0。然后在一个任务内使用V 原语，把信号量加1，而在另外一个任务内部使用P 原语，将信号量减1，从而实现这两个任务之间的同步关系。 (13)死锁

在一组任务中，每个任务都占用着若干资源，同时又在等待其他任务占用的资源，从而造成所有任务都无法进展下去的现象，这称为死锁现象。 除了资源的竞争之外，PV 操作使用不当也会引起死锁。 编辑推荐： (14)信号

所谓信号，是系统给任务的一个指示，表明某个异步事件已经发生了。 该事件可能来自外部，也可能来自内部。

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