我给妹子讲了一晚上的RTOS Task的原理

↑点击上方蓝色字体，关注“嵌入式软件实战派”获得更多精品干货。

“师兄，不好意思，又打扰你一下。”

此时的我刚解了一个bug，正闭目养神缓解一下疲惫的精神。听到妹子在叫我，忽然又精神百倍了。

“没事，你说。”

“自从你上次给我讲解了RTOS的一些概念原理，我没那么困惑了，我也查阅了很多资料，但是我还有些关于'Task'的疑问……”

“找个时间我再给你详细讲解下吧。”热情的我没等她说完我就答应她了。

于是，我约她在晚上……我当时又恰恰只有晚上比较有空（我真不是故意的）。

顺着上次没讲完的问题点（见《妹子要我教她学RTOS》），这次打算给她讲个透彻。因为我们项目用了FreeRTOS，以下内容也是基于FreeRTOS做讲解。

程序看起来像同时运行的

实际上程序是分时间片运行的

1. 在1处Task 1在运行，运行到2处，被系统挂起了；

2. 在第3处，系统切换到Task 2，第4处在运行；
   

3. 第5处，Task 2被挂起，同时第6处是恢复Task 1运行；

4. 第7处，挂起Task 1，在第8处切换到Task 3运行；

5. 以此类推，第9/10处分别是Task 2和Task 3在运行。
   

以上提到了个保存Context和恢复Context, 这个是怎么实现的呢？

我从FreeRTOS.org官网找到了个例子(针对AVR的)，不同内核的IC实现还不一样，和具体的寄存器组有关，和编译环境有关。另外，这两个函数运行要求越快越好，这个会影响系统任务切换的性能，所以，这俩函数一般都是用汇编实现的。

对于这个例子的代码实现我在这里就不讲解了(我也没给妹子讲解这些细节，对于RTOS入门可以暂时跳过这个内容)，有兴趣的可以参考FreeRTOS官网，里面有解释。

当任务处于运行状态时，处理器将执行任务的代码。 当任务处于“未运行”状态时，该任务处于休眠状态，其状态已保存，准备好在计划程序下次决定进入“运行”状态时恢复执行。 当任务恢复执行时，它会从上一次离开运行状态之前要执行的指令开始执行。

FreeRTOS.org

但是呢，“幸福总是相似的，而不幸却又各不一样。”Running只有一个，而Not Running却又各不相同。就FreeRTOS来说，Not Running分好几种状态：

以下根据FreeRTOS官网内容解释下：

• Running

  实际执行任务时，据说它处于Running状态。当前正在使用处理器。如果运行RTOS的处理器只有一个内核，则在任何给定时间只能有一个任务处于“运行”状态。

• Ready

  Ready任务是那些能够执行的任务（它们不处于Blocked或Suspended状态），但当前却不执行，因为具有相同或更高优先级的其他任务已经处于Running状态。

• Blocked

  如果任务当前正在等待临时事件或外部事件，则称该任务处于Blocked状态。例如，如果任务调用vTaskDelay（），它将一直阻塞（置于Blocked状态），直到延迟时间到期为止–这是一个时间事件。任务也可以阻塞以等待队列，信号量，事件组，通知或信号量事件。处于Blocked状态的任务通常有一个“超时”时间段，此后该任务将超时并被解除阻止，即使未发生任务正在等待的事件也是如此。

  处于Blocked状态的任务不使用任何处理时间，并且不能选择进入Running状态。

• Suspended

  与处于Blocked状态的任务一样，处于Suspended状态的任务无法选择进入Running状态，但是处于Suspended状态的任务没有超时。相反，只有在分别通过vTaskSuspend（）和xTaskResume（）API调用明确命令这样做时，任务才进入或退出Suspended状态。
  

怎么实现几个task轮流执行呢，直接给他们写个死循环行不行。

void task1(void){ while(1) {     // doing something    }}void task2(void){ while(1) { // doing something }}

这个问题，我让妹子想了好一会。她犹犹豫豫回答说不行。然后又向我投来期待的眼神。

我不慌不忙地给她说，确实不行，因为优先级高的，根本就没给机会优先级低的任务运行。那么，怎么做呢？

void task1(void){ while(1) {     // doing something     vTaskDelay(10);    }}void task2(void){ while(1) { // doing something vTaskDelay(10); }}

最简单直接的办法，就是给每个Task一个delay，即让其没运行一次循环就睡一会，把机会留给其他任务。但是，这里有点死板，每次都要等10（ms）？能不能有事情就执行，没事情就休息呢？

答案是有的。这要用到信号量或者事件组这些东西了。在此暂不展开讨论，怕扯太远了，妹子会一路问下去。

讲到这里，妹子基本上理解我说的“是”的回答的含义了……但是这上面又提到了很多新概念，如信号量、队列等等。也许我只能再约她在另外一个晚上了（讲解RTOS概念）。

一般情况下，RTOS都会提供一个叫mailbox的东西给两个Task之间通信，可以简单理解为，异地恋双方通过写信交流……（呃，虽然我好想打探妹子有没有男朋友，但是这个比喻我只能生硬地讲到这了。）

引用FreeRTOS官网里面的图来解释：

很明显，FreeRTOS的这个mailbox实际上就是个队列（First In First Out， FIFO），此处我没跟妹子讲解这个结构，而推荐了个文章《图解栈(Stack)与队列(Queue)》给她看。

她问，“不用mailbox，还有没有其他方法，例如直接共享全局变量，如果两个Task传输大量数据，mailbox不是很好吧……”

妹子总是这么好学，我又给她讲解了处理mailbox以外的方式。例如她提的全局变量。我笑着点了点头，但她不是很满意，似乎觉得过于简单了。因为，我们之前讲到过，Context切换时有备份的，但这个全局变量，是没有备份的。假如两个Task都同时更改这全局变量，会发生什么？假如一个Task正在更改变量，另一个Task却正在读取这个变量又会怎样？

我很想给她做以下这个比喻，但是始终没有。

“我跟你在讲解RTOS的知识，有时候需要用笔在纸上画一些图示来说明问题，你也会用笔来把问题指出来。如果只有一支笔，在讨论激烈的时候，我们可能会同时伸手去拿这支笔，然后……”

我很想出这个bug，可项目不能出啊。言归正传，以上这样做是会出问题的，而且问题会变得很复杂，bug也不好找。

怎么办？加锁啊。一个task在用这个变量的时候，另一个task就只能静静地待着。RTOS有锁？锁是啥东西？你姑且认为信号量可以实现这个锁，后续再详细讨论。好了，先给你安利一个文章《我在马路上遇到一个死锁问题》。

“上善若水。水善利万物而不争,处众人之所恶, 故几于道。”

老子

我又怕装逼装过头了，慢慢地跟她解释这个IDLE Task，它的优先级是最低的，只有其他task不运行的时候，它才运行。

但是，你知不知道，这个IDLE Task在系统运行中，运行时间或次数最多的，正所谓“色即是空，空即是色”……

往期精彩内容推荐>>>

妹子要我教她学RTOS

我在马路上遇到一个死锁问题