2011软件水平考试嵌入式系统设计师辅导笔记(18)

　　(7)任务控制块TCB

　　任务控制块TCB，就是在操作系统中，用来描述和管理一个任务的数据结构。系统为

　　每一个任务都维护了一个相应的TCB，用来保存该任务的各种相关信息。它的主要内容包

　　括下面几项：

　　A、任务的管理信息：任务的标识ID、状态、优先级、调度信息、各种队列指针等。

　　B、CPU上下文信息：CPU各种寄存器当前的值以及逻辑寄存器。

　　C、资源管理的信息：段表地址、页表地址、根目录、文件描述字等。

　　当需要创建一个任务的时候，就为它生成一个TCB，并初始化这个TCB 的内容;当需

　　要中止一个任务的时候，只要回收它的TCB 就可以了。

　　(7)任务的切换

　　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。

　　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。

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