CN101452399B - 任务二级调度模块及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种任务二级调度模块及方法,任务二级调度模块应用于实时操作系统和应用层之间,该任务二级调度模块包括初始化子模块、任务调度处理子模块和任务操作子模块,其中初始化子模块用于对任务二级调度模块进行初始化,创建用于保存在该线程下的任务信息的线程登记表;任务调度处理子模块用于接收线程消息,并直接处理其中的内部消息,把用户消息分发到对应的目标任务后再调用目标任务进行处理;任务操作子模块用于完成对任务的操作和任务间消息的收发。本发明模块和方法在现有实时操作系统的基础上,可以实现任务二级调度的过程,提高实时操作系统的实时性和资源利用率。

Description

任务二级调度模块及方法
技术领域
本发明涉及实时操作系统及调度方法,尤其是一种能在实时操作系统实现二级调度的模块及方法。
背景技术
一般而言,当前所说实时操作系统指系统内核层,应用层一般采用直接调用系统封装的进程、线程接口实现应用程序的开发,而进程和线程的调度由内核层完成。对手机来说,系统中加入的应用越来越多,需要创建的进程,线程也越来越多,占用系统资源日益庞大,严重影响了实时操作系统的实时性。如何用最少的CPU、内存等资源实现同样的功能,成为目前一项迫切的需求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种任务二级调度模块和方法,以提高实时操作系统的实时性和资源利用率。
为解决上述技术问题,本发明提供一种任务二级调度模块,该任务二级调度模块应用于实时操作系统和应用层之间,该任务二级调度模块包括初始化子模块、任务调度处理子模块和任务操作子模块,其中,
初始化子模块用于对任务二级调度模块进行初始化,创建用于保存在该线程下的任务信息的线程登记表;
任务调度处理子模块以线程入口函数的形式提供,接收线程消息,并直接处理其中的内部消息,把用户消息分发给对应的目标任务后再调用目标任务进行处理;
任务操作子模块用于完成对任务的操作和任务间消息的收发。
进一步地,上述任务操作子模块提供任务操作接口,接口包括任务创建接口、任务删除接口、任务阻塞接口及任务恢复接口,用于产生内部消息,分别为任务创建消息、任务删除消息、任务阻塞消息及任务恢复消息。
进一步地,上述任务操作子模块还包括任务间发送消息接口和任务间接收消息接口,该两接口发送和接收的消息为用户消息。
进一步地,上述初始化子模块创建的线程登记表中包括就绪任务链表、空闲任务链表及堵塞任务链表的链表头信息,其中就绪任务链表中的任务有消息待处理;空闲任务链表中的任务没有待处理的消息,等待中;堵塞任务链表中的任务被暂停执行,在收到特定消息前不处理用户消息,各任务链表以任务控制块的形式存放任务,其中包括存放任务对应消息的任务消息队列。
进一步地,保存在当前线程中的任务与线程的优先级相同。
为解决上述技术问题,本发明还提供一种任务二级调度方法,该方法应用于实时操作系统,包括以下步骤:
(a)对线程进行初始化,建立线程登记表,用于存放该线程下的任务信息;
(b)接收线程消息,直接处理其中的内部消息,并把用户消息分发到对应的目标任务;
(c)调用目标任务对任务中待处理的消息进行处理。
进一步地,上述线程初始化创建的线程登记表包括就绪任务链表、空闲任务链表及堵塞任务链表的链表头信息,其中就绪任务链表中的任务有消息待处理;空闲任务链表中的任务没有待处理的消息,等待中;堵塞任务链表中的任务被暂停执行,在收到特定消息前不处理用户消息,各任务链表以任务控制块的形式存放任务,其中任务控制块包括存放任务对应消息的任务消息队列。
进一步地,由本模块定义的创建任务消息、删除任务消息、阻塞任务消息及任务恢复消息为内部消息,其他的由用户定义的消息称为用户消息。
步骤(b)进一步包括:
(b1)接收线程消息队列中的消息;
(b2)判断该消息是否为内部消息,若是,则直接进行处理,否则执行步骤(b3);
(b3)判断消息目标任务状态,若目标任务阻塞,则取消分发并执行步骤(b1);若目标任务空闲,则执行步骤(b4),若目标任务就绪,则执行步骤(b5);
(b4)把对应任务从空闲任务链表移入就绪任务链表;
(b5)将该消息放到相应任务的任务消息队列中。
步骤(c)进一步包括:
(c1)取就绪任务链表中的第一个任务,检查任务删除标志位是否为真,若是则执行步骤(c2),否则执行步骤(c3);
(c2)把任务放到阻塞任务链表中;
(c3)调用该任务的入口函数处理其任务消息队列中第一个消息;
(c4)判断该任务的任务消息队列是否为空,若是则执行步骤(c5),否则执行步骤411;
(c5)将该任务挂到空闲任务链表尾,转执行步骤(c7);
(c6)将该任务挂到就绪任务链表尾,转执行步骤(c7);
(c7)判断就绪任务链表是否为空,若为空,则继续等待消息,否则执行步骤(c1)。
相较于现有技术,本发明模块和方法在现有实时操作系统的基础上,可以实现任务二级调度的过程,在一个线程下挂多个任务,从而可以在启动较少的进程或线程的情况下完成同样的需求,提高实时操作系统的实时性和资源利用率。
附图说明
图1本发明任务二级调度模块应用示意图。
图2本发明任务二级调度示意图。
图3本发明任务二级调度方法的示意图。
图4本发明任务二级调度方法的流程图。
具体实施方式
如图1所示,本发明任务二级调度模块,为应用层用户提供任务操作接口,根据优先级把任务挂到实时操作系统相应的线程上,并对该线程消息进行分发和处理,如图2所示,其中任务A、B挂在线程A上,任务C挂在线程B上,从而实现在两个线程上完成用户的三个任务应用,节约线程资源。
具体地,任务二级调度模块包括初始化子模块、任务调度处理子模块和任务操作子模块。其中,
初始化子模块用于对任务二级调度模块进行初始化,创建用于保存该线程下的任务信息的线程登记表;
任务调度处理子模块用于接收发送到本线程的消息,根据消息类型,作不同的处理,即如果是内部消息,则直接处理,如果是用户消息,则分发给相应的目标任务,由目标任务的的任务入口函数处理;
任务调度处理子模块接收、分发及处理消息的过程即实现任务二级调度方法的过程,该过程对内部消息和用户消息进行不同的处理;
任务操作子模块用于完成对任务的操作和任务间消息的收发,提供应用层用户进行任务创建、删除、阻塞、恢复、任务间消息发送和接收的函数,任务操作子模块提供的任务操作接口包括任务创建接口、任务删除接口、任务阻塞接口、任务恢复接口、任务间发送消息接口及任务间接收消息接口。
如图3所示,本发明二级调度方法包括以下步骤:
步骤一:对线程进行初始化,建立线程登记表,用于存放该线程下的任务信息;
步骤二:接收线程消息,直接处理其中的内部消息,并把用户消息分发到对应的目标任务;
步骤三:调用目标任务对任务中待处理的消息进行处理。
步骤二和步骤三即运行任务调度程序的过程。
以下针对线程初始化、任务操作接口及运行任务二级调度程序进行详细说明:
1.初始化
为了应用本发明任务二级调度方法,任务二级调度模块先对线程进行初始化,就预先创建的线程创建线程登记表TRF,以保存调度线程和其中的任务信息,TRF的结构如下表1所示:
    TRF表项
    线程ID
    优先级
    就绪任务链表头
    空闲任务链表头
    阻塞任务链表头
表1线程登记表
如预先创建的十个线程,其优先级从10-19(可根据具体操作系统需要改变),而任务优先级和线程优先级对应,同优先级的任务放在相同优先级的线程下面。每个线程有三个链表:就绪任务链表、空闲任务链表及堵塞任务链表,其中就绪任务链表中的任务有消息待处理;空闲任务链表中的任务没有待处理的消息,等待中;堵塞任务链表中存放那些被暂停执行的任务,该任务在收到特定消息前不处理用户消息。
TRF表按优先级从小到大的顺序以数组的形式存储,可以使创建任务时不必遍历TRF表,直接通过优先级找到对应的线程。
各任务链表以任务控制块TCB的形式存放任务,TCB的结构具体信息见如下表2:
任务中有任务消息队列以存放各任务对应的消息。
    TCB项
    链表结点
    任务名
    任务ID
    消息队列
    
Figure 2007101952736_0
表2 TCB结构
3.任务操作接口
任务操作子模块提供各种任务操作接口,包括任务创建接口、任务删除接口、任务阻塞接口、任务恢复运行接口、任务间消息发送接口及任务间消息接收接口等。
(1)任务创建接口
创建新任务产生任务控制块并返回任务的ID。任务二级调度模块维护一个任务链表,每创建一个任务后,产生一个任务控制块TCB挂到该链表上,通过这个TCB表对任务进行控制。
创建任务时,即完成TCB表的创建后,发送创建任务的消息到任务调度处理子模块,由任务调度程序把创建的任务挂到相应的线程下,也就是将TCB表挂到所在线程空闲任务链表。
(2)任务删除接口
即把任务控制块中的标志置为删除,然后发送任务删除消息到任务调度处理子模块,由任务调度程序完成TCB表的删除。
(3)任务阻塞接口
发送消息通知任务调度处理子模块,由调度程序把当前任务入口函数的信息压入堆栈,不再分发消息到当前任务。
(4)任务恢复接口
发送消息通知任务调度处理子模块,由调度程序弹出堆栈中阻塞任务链表中的相应任务。
(5)任务间消息发送接口
把该线程的消息发送到目标任务所在的线程,由任务调度程序对消息进行处理,即把消息放到目标任务ID所在的消息队列。
(6)任务间接收消息接口
当有发往当前线程任务的用户消息的时候,本接口被调用。本接口由用户层实现,对自己的消息进行处理。
2.运行任务调度程序
任务调度处理子模块在初始化子模块完成线程初始化后就开始运行任务调度程序,任务调度程序以线程入口函数的形式提供,通过调度线程对任务进行调度。
为了加快调度速度,采用双向链表。
如图3所示,任务二级调度的过程即等待并分发消息及处理消息的过程。
过程A:分发消息
从线程消息队列中收消息,依次处理直到队列中消息全部分发完成。
若为内部消息则直接由任务调度处理子模块处理,若为用户消息,将判断消息目标任务状态,若该消息目标任务在阻塞任务链表中,则取消分发,若该消息目标任务在空闲任务链表中,将该任务从空闲任务链表中移出并移入就绪任务链表中。
过程B:处理消息
依次取就绪任务链表中的第一个任务,处理前检查任务删除标志位,如果是删除,则将该任务从列表中删除,否则调用任务的入口函数处理其任务消息队列中第一个消息,处理完后检查其任务消息队列中是否还有消息,如果有则将该任务挂到就绪任务链表尾;否则挂到空闲任务链表尾。循环处理,直到就绪任务链表为空。
以下对运行任务调度程序的过程进行具体说明,如图4所示,该过程包括以下步骤:
步骤401:任务二级调度模块接收到线程消息队列中的消息;
任务二级调度模块处理的消息来源于当前线程的任务创建、删除、阻塞及恢复接口和其他线程的任务间消息发送接口,并由本线程的任务间接收消息接口接收其他线程的任务间消息发送接口发送的消息。
步骤402:判断该消息是否为内部消息,若是则执行步骤413,否则执行步骤403;
内部消息和用户消息可以通过消息ID进行区分,其中由本模块定义的创建任务消息、删除任务消息、阻塞任务消息及任务恢复消息为内部消息,其他的由用户定义的消息称为用户消息。
步骤403:判断消息对应的目标任务状态,若目标任务阻塞,则取消分发并执行步骤401;若目标任务空闲,则执行步骤404,若目标任务就绪,则执行步骤405;
若对应任务阻塞,取消分发,相当于拒绝用户应用请求,对用户请求不进行处理。
步骤404:把对应任务从空闲任务链表移入就绪任务链表;
步骤405:将该消息放到相应任务的任务消息队列中;
步骤406:取就绪任务链表中的第一个任务,检查任务删除标志位是否为真,若是则执行步骤407,否则执行步骤408;
步骤407:把任务放到阻塞任务链表中;
对该任务真正的删除在“处理内部消息”时完成。
步骤408:调用任务的入口函数处理其任务消息队列中第一个消息;
步骤409:判断该任务的任务消息队列是否为空,若是则执行步骤410,否则执行步骤411;
步骤410:将该任务挂到空闲任务链表尾,转执行步骤412;
步骤411:将该任务挂到就绪任务链表尾,转执行步骤412;
步骤412:判断就绪任务链表是否为空,若为空,则执行步骤401,否则执行步骤406;
步骤413:对内部消息进行处理。
任务创建、删除、阻塞及恢复消息属于内部消息,处理的过程就是把任务对应的任务控制块移入或移出相应的任务链表,对任务创建消息的处理就是把任务创建接口创建的任务控制块TCB放到空闲任务链表中;对任务删除消息的处理就是把相应的任务控制块TCB从链表中删除,对任务阻塞消息的处理就是把任务控制块TCB移入阻塞链表、对任务恢复消息的处理就是把阻塞链表中对应的任务控制块TCB放到就绪任务链表中。
本发明模块和方法从用户的角度看,其使用的方法和表现的特性和线程基本上相同,区别在于线程有权利申请CPU时间片,但任务并不申请CPU资源,而CPU资源的申请仍然通过线程实现。
任务二级调度,从本质上来说,就是在一个线程下挂多个任务,只要启动较少的进程或线程就可以完成同样的需求。处理消息时,由任务调度处理子模块把消息分发到具体的任务,由具体的任务入口函数对自己的消息进行处理,任务调度程序以线程入口函数的形式提供。同样,任务的一些操作,如创建,删除,阻塞等也通过任务操作子模块给任务所在线程发消息,通过任务调度处理子模块来完成具体的任务操作。应用该任务二级调度模块可以达到使用线程操作接口相同的目的,但是因为每个线程下可以挂多个该优先级的任务,从而可以在实现相同应用的情况下,占用相对少的资源,提高实时操作系统的实时性和资源利用率。
应当理解的是,对本发明技术所在领域的普通技术人员来说,可以根据本发明的技术方案及其构思进行相应的等同改变或替换,而所有这些改变或替换,都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种任务二级调度模块,其特征在于,该任务二级调度模块应用于实时操作系统和应用层之间,该任务二级调度模块包括初始化子模块、任务调度处理子模块和任务操作子模块,其中,
初始化子模块用于对任务二级调度模块进行初始化,创建用于保存在线程下的任务信息的线程登记表;所述初始化子模块创建的线程登记表中包括就绪任务链表、空闲任务链表及堵塞任务链表的链表头信息,其中就绪任务链表中的任务有消息待处理;空闲任务链表中的任务没有待处理的消息,等待中;堵塞任务链表中的任务被暂停执行,在收到特定消息前不处理用户消息;各任务链表以任务控制块的形式存放任务,任务控制块中包括存放任务对应消息的任务消息队列;
任务调度处理子模块用于接收线程消息,并直接处理其中的内部消息,把用户消息分发给对应的目标任务后再调用目标任务进行处理;
任务操作子模块用于完成对任务的操作和任务间消息的收发。
2.如权利要求1所述的模块,其特征在于:上述任务操作子模块提供任务操作接口,接口包括任务创建接口、任务删除接口、任务阻塞接口及任务恢复接口,用于产生内部消息,分别为任务创建消息、任务删除消息、任务阻塞消息及任务恢复消息。
3.如权利要求1所述的模块,其特征在于:上述任务操作子模块还包括任务间发送消息接口及任务间接收消息接口,该两接口发送和接收的消息为用户消息。
4.如权利要求1至3中任一项所述的模块,其特征在于:保存在当前线程中的任务与线程的优先级相同。
5.一种任务二级调度方法,其特征在于,该方法应用于实时操作系统,包括以下步骤:
(a)对线程进行初始化,建立线程登记表,用于存放该线程下的任务信息;线程初始化创建的线程登记表包括就绪任务链表、空闲任务链表及堵塞任务链表的链表头信息,其中就绪任务链表中的任务有消息待处理;空闲任务链表中的任务没有待处理的消息,等待中;堵塞任务链表中的任务被暂停执行,在收到特定消息前不处理用户消息;各任务链表以任务控制块的形式存放任务,其中任务控制块包括存放任务对应消息的任务消息队列;
(b)接收线程消息,直接处理其中的内部消息,并把用户消息分发到对应的目标任务;
(c)调用目标任务对任务中待处理的消息进行处理。
6.如权利要求5所述的方法,其特征在于:由本模块定义的创建任务消息、删除任务消息、阻塞任务消息及任务恢复消息为内部消息,其他的由用户定义的消息称为用户消息。
7.如权利要求5所述的方法,其特征在于:步骤(b)进一步包括:
(b1)接收线程消息队列中的消息;
(b2)判断该消息是否为内部消息,若是,则直接进行处理,否则执行步骤(b3);
(b3)判断消息对应的目标任务状态,若目标任务阻塞,则取消分发并执行步骤(b1);若目标任务空闲,则执行步骤(b4),若目标任务就绪,则执行步骤(b5);
(b4)把对应任务从空闲任务链表移入就绪任务链表;
(b5)将该消息放到相应任务的任务消息队列中。
8.如权利要求5所述的方法,其特征在于:步骤(c)进一步包括:
(c1)取就绪任务链表中的第一个任务,检查任务删除标志位是否为真,若是则执行步骤(c2),否则执行步骤(c3);
(c2)把任务放到阻塞任务链表中;
(c3)调用该任务的入口函数处理其任务消息队列中第一个消息;
(c4)判断该任务的任务消息队列是否为空,若是则执行步骤(c5),否则执行步骤(c6);
(c5)将该任务挂到空闲任务链表尾,转执行步骤(c7);
(c6)将该任务挂到就绪任务链表尾,转执行步骤(c7);
(c7)判断就绪任务链表是否为空,若为空,则继续等待消息,否则执行步骤(c1)。
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