鴻蒙內(nèi)核源碼分析(CPU篇) | 內(nèi)核是如何描述CPU的 ?
本篇說清楚CPU
cpu是負責執(zhí)行指令的,誰能給它指令?是線程(也叫任務), 任務是內(nèi)核的調(diào)度單元,調(diào)度到哪個任務CPU就去執(zhí)行哪個任務的指令. 要執(zhí)行指令就要有個取指令的開始地址. 開始地址就是大家所熟知的main函數(shù).一個程序被加載解析后內(nèi)核會在ELF中找到main函數(shù)的位置,并自動創(chuàng)建一個線程,指定線程的入口地址為main函數(shù)的地址,由此開始了取指,譯指,執(zhí)指之路.
多線程內(nèi)核是怎么處理的? 一樣的, 以JAVA舉例,對內(nèi)核來說 new thread中的run() 函數(shù) 和 main() 并沒有區(qū)別. 都是一個線程(任務)的執(zhí)行入口. 注意在系列篇中反復的說任務就是線程,線程就是任務,它們是一個東西在不同層面上的描述.對應用層說線程,對內(nèi)核層說任務. 有多少個線程就會有多少個入口,它們統(tǒng)一接受調(diào)度算法的調(diào)度, 調(diào)度算法只認優(yōu)先級的高低,不會管你是main() 還是 run() 而區(qū)別對待.
定時器的實現(xiàn)也是通過任務實現(xiàn)的,只不過是個系統(tǒng)任務OsSwtmrTaskCreate,優(yōu)先級最高,和入口地址OsSwtmrTask由系統(tǒng)指定.
所以理解CPU就要先理解任務,任務是理解內(nèi)核的主線,把它搞明白了分析內(nèi)核就輕輕松松,事半功倍了.看似高深的CPU只不過是摟草打兔子.
不相信?那就看看內(nèi)核對CPU是怎么描述的吧.本篇就圍繞這個結構體展開說.
內(nèi)核如何描述CPU?
- typedef struct {//內(nèi)核對cpu的描述
- SortLinkAttribute taskSortLink; /* task sort link */ //task wait/delay 排序鏈表
- SortLinkAttribute swtmrSortLink; /* swtmr sort link */ //定時器排序鏈表
- UINT32 idleTaskID; /* idle task id */ //空閑任務ID 見于 OsIdleTaskCreate
- UINT32 taskLockCnt; /* task lock flag */ //任務鎖的數(shù)量,當 > 0 的時候,需要重新調(diào)度了
- UINT32 swtmrHandlerQueue; /* software timer timeout queue id */ //軟時鐘超時隊列句柄
- UINT32 swtmrTaskID; /* software timer task id */ //軟時鐘任務ID
- UINT32 schedFlag; /* pending scheduler flag */ //調(diào)度標識 INT_NO_RESCH INT_PEND_RESCH
- #if (LOSCFG_KERNEL_SMP == YES)
- UINT32 excFlag; /* cpu halt or exc flag */ //CPU處于停止或運行的標識
- #endif
- } Percpu;
結構體不復雜,但很重要,一個一個掰開了說.
● taskSortLink是干什么用的? 一個任務在運行過程中,會經(jīng)常會主動或被動中斷,而進入等待狀態(tài).
◊ 主動中斷情況, 例如:主動delay300毫秒,這是應用層很常見的操作.
◊ 被動中斷情況, 例如:申請互斥鎖失敗,等待某個事件發(fā)生 等等. 發(fā)生這些情況時任務將被掛到taskSortLink上.
- UINT32 OsTaskWait(LOS_DL_LIST *list, UINT32 timeout, BOOL needSched)
- {
- LosTaskCB *runTask = NULL;
- LOS_DL_LIST *pendObj = NULL;
- runTask = OsCurrTaskGet();//獲取當前任務
- OS_TASK_SCHED_QUEUE_DEQUEUE(runTask, OS_PROCESS_STATUS_PEND);//將任務從就緒隊列摘除,并變成阻塞狀態(tài)
- pendObj = &runTask->pendList;
- runTask->taskStatus |= OS_TASK_STATUS_PEND;//給任務貼上阻塞任務標簽
- LOS_ListTailInsert(list, pendObj);//將阻塞任務掛到list上,,這步很關鍵,很重要!
- if (timeout != LOS_WAIT_FOREVER) {//非永遠等待的時候
- runTask->taskStatus |= OS_TASK_STATUS_PEND_TIME;//阻塞任務再貼上在一段時間內(nèi)阻塞的標簽
- OsAdd2TimerList(runTask, timeout);//把任務加到定時器鏈表中
- }
- if (needSched == TRUE) {//是否需要調(diào)度
- OsSchedResched();//申請調(diào)度,里面直接切換了任務上下文,至此任務不再往下執(zhí)行了.
- if (runTask->taskStatus & OS_TASK_STATUS_TIMEOUT) {//這條語句是被調(diào)度再次選中時執(zhí)行的,和上面的語句可能隔了很長時間,所以很可能已經(jīng)超時了
- runTask->taskStatus &= ~OS_TASK_STATUS_TIMEOUT;//如果任務有timeout的標簽,那么就去掉那個標簽
- return LOS_ERRNO_TSK_TIMEOUT;
- }
- }
- return LOS_OK;
- }
- LITE_OS_SEC_TEXT STATIC INLINE VOID OsAdd2TimerList(LosTaskCB *taskCB, UINT32 timeOut)
- {
- SET_SORTLIST_VALUE(&taskCB->sortList, timeOut);//設置idxRollNum的值為timeOut
- OsAdd2SortLink(&OsPercpuGet()->taskSortLink, &taskCB->sortList);//將任務掛到定時器排序鏈表上
- #if (LOSCFG_KERNEL_SMP == YES)//注意:這里的排序不是傳統(tǒng)意義上12345的排序,而是根據(jù)timeOut的值來決定放到CPU core哪個taskSortLink[0:7]鏈表上
- taskCB->timerCpu = ArchCurrCpuid();
- #endif
- }
- `OsAdd2SortLink`,將任務掛到排序鏈表上,因等待時間不一樣,所以內(nèi)核會對這些任務按時間長短排序.
● 定時器相關三個變量,在系列篇定時器機制篇中已有對定時器的詳細描述,可前往查看.
- SortLinkAttribute swtmrSortLink;//CPU要處理的定時器鏈表
- UINT32 swtmrHandlerQueue; //隊列中放各個定時器的響應函數(shù)
- UINT32 swtmrTaskID; // 其實就是 OsSwtmrTaskCreate
搞明白定時器的機制只需搞明白: 定時器(SWTMR_CTRL_S),定時任務(swtmrTaskID),定時器響應函數(shù)
(SwtmrHandlerItem),定時器處理隊列swtmrHandlerQueue 四者的關系就可以了. 一句話概括:定時任務swtmrTaskID是個系統(tǒng)任務,優(yōu)先級最高,它循環(huán)讀取隊列swtmrHandlerQueue中的已到時間的定時器(SWTMR_CTRL_S),并執(zhí)行定時器對應的響應函數(shù)SwtmrHandlerItem.
● idleTaskID空閑任務,注意這又是個任務,每個cpu核都有屬于自己的空閑任務,cpu沒事干的時候就待在里面.空閑任務長什么樣? Look!
- LITE_OS_SEC_TEXT WEAK VOID OsIdleTask(VOID)
- {
- while (1) {//只有一個死循環(huán)
- #ifdef LOSCFG_KERNEL_TICKLESS //低功耗模式開關, idle task 中關閉tick
- if (OsTickIrqFlagGet()) {
- OsTickIrqFlagSet(0);
- OsTicklessStart();
- }
- #endif
- Wfi();//WFI指令:arm core 立即進入low-power standby state，等待中斷，進入休眠模式。
- }
- }
- 一個死循環(huán),只有一條匯編指令`Wfi`. 啥意思?
- `WFI`(Wait for interrupt):等待中斷到來指令. `WFI`一般用于cpuidle,WFI 指令是在處理器發(fā)生中斷或類似異常之前不需要做任何事情。具體在[鴻蒙內(nèi)核源碼分析(總目錄)](https://my.oschina.net/u/3751245/blog/4626852)自旋鎖篇中有詳細描述,可前往查看.
● taskLockCnt 這個很簡單,記錄等鎖的任務數(shù)量.任務在運行過程中優(yōu)先級是會不斷地變化的, 例如 高優(yōu)先級的A任務在等某鎖,但持有鎖的一方B任務優(yōu)先級低,這時就會調(diào)高B的優(yōu)先級至少到A的等級,提高B被調(diào)度算法命中的概率,如此就能快速的釋放鎖交給A運行. taskLockCnt記錄被CPU運行過的正在等鎖的任務數(shù)量.
● schedFlag 調(diào)度的標簽.
- typedef enum {
- INT_NO_RESCH = 0, /* no needs to schedule *///不需要調(diào)度
- INT_PEND_RESCH, /* pending schedule flag *///阻止調(diào)度
- } SchedFlag;
調(diào)度并不是每次都能成功的,在某些情況下內(nèi)核會阻止調(diào)度進行.例如:OS_INT_ACTIVE硬中斷發(fā)生的時候.
- STATIC INLINE VOID LOS_Schedule(VOID)
- {
- if (OS_INT_ACTIVE) {//發(fā)生硬件中斷,調(diào)度被阻塞
- OsPercpuGet()->schedFlag = INT_PEND_RESCH;//
- return;
- }
- OsSchedPreempt();//搶占式調(diào)度
- }
● excFlag標識CPU的運行狀態(tài),只在多核CPU下可見.
- #if (LOSCFG_KERNEL_SMP == YES)
- typedef enum {
- CPU_RUNNING = 0, /* cpu is running */ //CPU正在運行狀態(tài)
- CPU_HALT, /* cpu in the halt */ //CPU處于暫停狀態(tài)
- CPU_EXC /* cpu in the exc */ //CPU處于異常狀態(tài)
- } ExcFlag;
- #endif
以上為內(nèi)核對CPU描述的全貌,不是很復雜.多CPU的協(xié)同工作部分在后續(xù)篇中介紹.
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