2011軟件水平考試嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)師輔導(dǎo)筆記(18)

　　(7)任務(wù)控制塊TCB

　　任務(wù)控制塊TCB，就是在操作系統(tǒng)中，用來描述和管理一個(gè)任務(wù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)為

　　每一個(gè)任務(wù)都維護(hù)了一個(gè)相應(yīng)的TCB，用來保存該任務(wù)的各種相關(guān)信息。它的主要內(nèi)容包

　　括下面幾項(xiàng)：

　　A、任務(wù)的管理信息：任務(wù)的標(biāo)識(shí)ID、狀態(tài)、優(yōu)先級(jí)、調(diào)度信息、各種隊(duì)列指針等。

　　B、CPU上下文信息：CPU各種寄存器當(dāng)前的值以及邏輯寄存器。

　　C、資源管理的信息：段表地址、頁表地址、根目錄、文件描述字等。

　　當(dāng)需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)任務(wù)的時(shí)候，就為它生成一個(gè)TCB，并初始化這個(gè)TCB 的內(nèi)容;當(dāng)需

　　要中止一個(gè)任務(wù)的時(shí)候，只要回收它的TCB 就可以了。

　　(7)任務(wù)的切換

　　基本思想：把當(dāng)前任務(wù)的運(yùn)行上下文保存起來，并恢復(fù)新任務(wù)的上下文。

　　任務(wù)切換通常有下面的基本步驟：

　　A、將處理器的運(yùn)行上下文保存在當(dāng)前任務(wù)的TCB 中。

　　B、更新當(dāng)前任務(wù)的狀態(tài)，從運(yùn)行狀態(tài)變?yōu)榫途w狀態(tài)或阻塞狀態(tài)。

　　C、按照一定的策略，從所有處于就緒狀態(tài)的任務(wù)中選擇一個(gè)去運(yùn)行。

　　D、修改新任務(wù)的狀態(tài)，從就緒狀態(tài)變成運(yùn)行狀態(tài)。

　　E、根據(jù)新任務(wù)的TCB 的內(nèi)容，恢復(fù)它的運(yùn)行上下文環(huán)境。

　　在一個(gè)多任務(wù)的操作系統(tǒng)中，采用任務(wù)隊(duì)列的方式來組織它的所有任務(wù)。由操作系統(tǒng)來

　　維護(hù)一組隊(duì)列，用來表示系統(tǒng)當(dāng)中所有任務(wù)的當(dāng)前狀態(tài)，不同的狀態(tài)用不同的隊(duì)列來標(biāo)志。

　　(8)任務(wù)的調(diào)度

　　調(diào)度器可以看作CPU 的資源管理者。

　　任務(wù)調(diào)度的首要問題是：何時(shí)進(jìn)行調(diào)度，即調(diào)度發(fā)生的時(shí)機(jī)。一般有下面幾種情形：

　　A、一個(gè)新任務(wù)被創(chuàng)建時(shí)，需要決定運(yùn)行新任務(wù)還是繼續(xù)執(zhí)行父任務(wù)。

　　B、一個(gè)任務(wù)運(yùn)行結(jié)束時(shí)，需要從就緒隊(duì)列中選擇某個(gè)任務(wù)去運(yùn)行。

　　C、一個(gè)任務(wù)運(yùn)行阻塞時(shí)，需要選擇另一個(gè)任務(wù)去運(yùn)行。

　　D、一個(gè)I/O 操作完成，任務(wù)阻塞結(jié)束，立即執(zhí)行新就緒任務(wù)還是繼續(xù)執(zhí)行被中斷任務(wù)。

　　E、一個(gè)時(shí)鐘節(jié)拍結(jié)束時(shí)，需要對(duì)就緒任務(wù)重新調(diào)度。

　　任務(wù)調(diào)度的第二個(gè)問題是：如何調(diào)度，即調(diào)度方式。主要有兩種方式：

　　A、不可搶占調(diào)度方式：例如時(shí)間片輪轉(zhuǎn)。

　　B、可搶占調(diào)度方式：例如優(yōu)先級(jí)調(diào)度。

　　實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)大都采用可搶占調(diào)度方式。

　　任務(wù)調(diào)度的第三個(gè)問題是：調(diào)度算法。

　　A、先來先服務(wù)算法：按照任務(wù)到達(dá)的先后次序進(jìn)行調(diào)度，是不可搶占的調(diào)度方式。

　　B、短作業(yè)優(yōu)先算法：各個(gè)任務(wù)開始執(zhí)行之前，事先預(yù)計(jì)好它的執(zhí)行時(shí)間，從中選擇

　　用時(shí)較短的任務(wù)優(yōu)先執(zhí)行。

　　C、時(shí)間片輪轉(zhuǎn)算法：所有的就緒任務(wù)按照先來先服務(wù)的原則排成一個(gè)隊(duì)列。在每次

　　調(diào)度的時(shí)候，把處理器分派給隊(duì)列當(dāng)中的第一個(gè)任務(wù)，讓它去執(zhí)行一小段時(shí)間。在

　　這個(gè)時(shí)間段里任務(wù)被阻塞或由于其他原因暫停，或者任務(wù)的時(shí)間片用完了，它會(huì)被

　　送到就緒隊(duì)列的末尾，然后調(diào)度器再執(zhí)行當(dāng)前隊(duì)列的第一個(gè)任務(wù)。這種算法的優(yōu)點(diǎn)

　　是各個(gè)就緒任務(wù)都平均地分配使用CPU 的時(shí)間，每個(gè)就緒任務(wù)都能一直保持著活

　　動(dòng)性。時(shí)間片輪轉(zhuǎn)法有一個(gè)默認(rèn)前提，即位于就緒隊(duì)列中的各個(gè)任務(wù)是同等重要的。

　　D、優(yōu)先級(jí)算法：給每個(gè)任務(wù)都設(shè)置一個(gè)優(yōu)先級(jí)。然后在任務(wù)調(diào)度的時(shí)候，在所有處于

　　就緒狀態(tài)的任務(wù)中選擇優(yōu)先級(jí)最高的那個(gè)任務(wù)去運(yùn)行。采用優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法的一個(gè)

　　問題是可能會(huì)發(fā)生優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)(教程P285)，出現(xiàn)任務(wù)“饑餓”現(xiàn)象。

　　(9)實(shí)時(shí)系統(tǒng)調(diào)度

　　對(duì)于RTOS 調(diào)度器來說，任務(wù)之間的公平性并不是最重要的，它追求的是實(shí)時(shí)性。

　　A、單調(diào)速率調(diào)度算法(RMS)：任務(wù)的優(yōu)先級(jí)與它的周期表現(xiàn)為單調(diào)函數(shù)的關(guān)系，任

　　務(wù)的周期越短，優(yōu)先級(jí)越高，任務(wù)的周期越長，優(yōu)先級(jí)越低。RMS 假定任務(wù)是相同獨(dú)立的、

　　周期性的、任務(wù)在能夠在任何位置被搶占，而實(shí)際中的系統(tǒng)，任務(wù)之間需要進(jìn)行通信和同步，

　　這是一種理想的調(diào)度方法，實(shí)際中并不一定存在。

　　B、最早期限優(yōu)先法(EDF)：根據(jù)任務(wù)的截止時(shí)間來確定其優(yōu)先級(jí)，對(duì)于時(shí)間限期最

　　近的任務(wù)，分配最高的優(yōu)先級(jí)。當(dāng)有一個(gè)新的任務(wù)處于就緒狀態(tài)時(shí)，各個(gè)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)就有

　　可能要進(jìn)行調(diào)整，選擇截止時(shí)間最近的任務(wù)去運(yùn)行。

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