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Task是啥？

VxWorks的Task，也就是任務(wù)，是系統(tǒng)里最基本的執(zhí)行單元，類似于其它操作系統(tǒng)的Thread(線程)?，F(xiàn)代的RTOS基本都通過(guò)提供一個(gè)多任務(wù)環(huán)境來(lái)支撐上層的應(yīng)用程序。而上層的應(yīng)用程序則使用不同的任務(wù)來(lái)模擬真實(shí)世界里各種各樣的分離事件。每個(gè)任務(wù)就是一個(gè)執(zhí)行線程，使用著自己的系統(tǒng)資源。

那如果不使用多任務(wù)呢？也就是單任務(wù)系統(tǒng)又是如何工作的？我們看看這個(gè)案例：假設(shè)需要實(shí)現(xiàn)一個(gè)控制多節(jié)機(jī)械手臂的程序。

在單任務(wù)環(huán)境下，通常的代碼實(shí)現(xiàn)就是一個(gè)無(wú)限循環(huán)，循環(huán)里輪詢每節(jié)的狀態(tài)。偽代碼如下：

代碼結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，很容易理解，這就是它的優(yōu)勢(shì)。另外，因?yàn)橹挥幸粋€(gè)任務(wù)，也就不需要切換任務(wù)了，CPU就可以專注于執(zhí)行這個(gè)任務(wù)。

但是，單任務(wù)的缺點(diǎn)也很明顯。從代碼來(lái)看，每一節(jié)的地位平等，沒(méi)有輕重緩急的概念，而真實(shí)世界里，每一節(jié)的重要程度可能是有區(qū)別的。也就是說(shuō)，這種代碼結(jié)構(gòu)，不具備搶占能力，每一節(jié)必須等到被輪詢時(shí)，才有可能去執(zhí)行。而且，每一節(jié)的執(zhí)行頻率也不容易控制，很多條件語(yǔ)句會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)假值判斷的情況，這種代碼就是在浪費(fèi)CPU了。

如果在多任務(wù)環(huán)境里，代碼大致如下：

需要給每一節(jié)制作一個(gè)任務(wù)，每個(gè)任務(wù)等待一個(gè)通知，然后才能執(zhí)行，也就是說(shuō)每個(gè)任務(wù)都是一直在Waiting和Ready兩種狀態(tài)之間切換。Waiting表示它正在等待通知；Ready表示它等到通知了，可以去執(zhí)行了，這個(gè)時(shí)候操作系統(tǒng)可以決定是不是要把CPU分配給它了。

可以看到，這種實(shí)現(xiàn)對(duì)操作系統(tǒng)的要求就高一些了。需要操作系統(tǒng)提供通知機(jī)制，讓不同的任務(wù)等待不同的通知。另外，如果有多個(gè)任務(wù)都等到通知了，操作系統(tǒng)還得提供排隊(duì)機(jī)制，以便于安排哪個(gè)任務(wù)可以使用CPU來(lái)執(zhí)行了。

這種多任務(wù)的優(yōu)點(diǎn)有很多：

1 任意頻率，每個(gè)任務(wù)的頻率取決于自己被通知的頻率，與其它任務(wù)關(guān)系不大；

2 可以排隊(duì)，給每個(gè)任務(wù)分配不同的優(yōu)先級(jí)，這樣高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)就可以搶占正在執(zhí)行的低優(yōu)先級(jí)任務(wù)；

3 易于擴(kuò)展，不同任務(wù)代碼之間的耦合性比較小，增加新任務(wù)時(shí)，對(duì)已有任務(wù)的影響比較小。

正所謂，春蘭秋菊,各擅勝場(chǎng)。而我們的真實(shí)世界，本身是一個(gè)并行的世界，許許多多事件都是同時(shí)在發(fā)生的。在模擬真實(shí)世界的軟件世界里，大量的場(chǎng)景也是更適合于用多任務(wù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，例如下圖：

VxWorks也正是采用這種多任務(wù)方式來(lái)保證它的實(shí)時(shí)性的。使用多任務(wù)把復(fù)雜問(wèn)題分解，提供多種多任務(wù)通信機(jī)制來(lái)保障任務(wù)間的協(xié)作，提供高效的調(diào)度策略來(lái)保障重要任務(wù)的及時(shí)響應(yīng)。這些任務(wù)可以分別獨(dú)立地等待系統(tǒng)資源(包括CPU、I/O設(shè)備及內(nèi)存空間等)，或者使用資源一起在宏觀上并發(fā)運(yùn)行。當(dāng)然了，在微觀上，并發(fā)運(yùn)行的任務(wù)數(shù)量取決于CPU的內(nèi)核數(shù)量。不過(guò)這不影響我們對(duì)任務(wù)的理解，關(guān)于多核的內(nèi)容，我們以后會(huì)有專門(mén)的SMP章節(jié)，目前我們假定CPU都是單核的。

VxWorks的任務(wù)由兩部分組成：Stack和TCB。

Stack(棧)用來(lái)存放任務(wù)的動(dòng)態(tài)變量和函數(shù)調(diào)用關(guān)系。

TCB全稱是任務(wù)控制塊(Task Control Block)，在代碼中用一個(gè)龐大的結(jié)構(gòu)體來(lái)表示，windTcb，在target/h/taskLib.h中可以看到它的完整定義。TCB里記錄的信息是任務(wù)的Context(上下文)：

• 任務(wù)的PC指針

• CPU寄存器

• 協(xié)處理器的寄存器(可選)

• 標(biāo)準(zhǔn)IO的分配情況

• 延時(shí)計(jì)數(shù)器

• 時(shí)間片計(jì)數(shù)器

• 內(nèi)核控制結(jié)構(gòu)

• 信號(hào)量回調(diào)函數(shù)

• 任務(wù)的私有環(huán)境變量

• Errno狀態(tài)

• 調(diào)試和性能監(jiān)測(cè)信息

• 虛擬內(nèi)存上下文(支持RTP時(shí))

以及Stack的信息，所以也可能把Stack看作Context的一部分。

VxWorks的調(diào)度策略進(jìn)行任務(wù)調(diào)度時(shí)，就是讓正在使用CPU執(zhí)行的任務(wù)停下來(lái)，然后把CPU分配給另一個(gè)任務(wù)來(lái)執(zhí)行。這個(gè)過(guò)程就叫做上下文切換。

可以看到，上下文切換就是對(duì)兩個(gè)任務(wù)Context的讀寫(xiě)操作。為了保證實(shí)時(shí)性，這個(gè)切換過(guò)程必須準(zhǔn)確、快速。

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