rtos是通过什么东西来调度的？

zxq6 · 发表于 2018-9-19 16:43:54

一直没有深入了解过这个问题，希望有经验的大虾能够用通俗语言科普一下。问题是，
我理解一个单片机，只能执行一个while 1,但是，我看操作系统，可以有很多个while 1,那么，通过什么方式来切换这多个while1之间程序的呢。
如果是定时器，我的理解是定时器只能影响到中断内部的代码，没法影响到while1里面去。
所以，想破了我的乳头也想不到。

canopen · 发表于 2018-9-19 16:46:38

本帖最后由 canopen 于 2018-9-19 17:12 编辑

rtos 调度很简单，定时器中断后，保存当前线程的现场，将需要激活的现场的现场恢复，出中断的时候调入要切换的线程即可。。。讲rtos的书一大堆

arm 应该有个寄存器是保存出中断后的程序计数器的，将需要切换的线程的堆栈指针，相关寄存器恢复后，把需要切换线程挂起时的程序指针恢复到那个寄存器，出中断后就完成线程切换了

bigk2000 · 发表于 2018-9-19 17:45:00

本帖最后由 bigk2000 于 2018-9-19 17:50 编辑

弄懂OS调度原理前，需要懂汇编，如果不懂汇编，解释起来就非常难了；
还需要知道CPU执行指令的机制，OS调度相关的主要包括：调用子程序时发生什么，子程序返回时发生了什么，中断时发生了什么，中断返回时发生了什么；
弄懂了这些，理解OS调度原理就很容易了

kinsno · 发表于 2018-9-19 17:55:07

不建议楼主，现在去研究理论很累的，需要不停的看书，思考，直接在项目中多用用，用个几个案例之后，自然无师自通。。。实践出真知。。

cloudboy · 发表于 2018-9-19 18:02:33

楼主这样去思考问题：
while（1）能被外面的什么打断？当然只有一种，那就是中断（或者更通用的叫法：异常）
所以切换的核心就是利用一个中断来打断CPU的正常运行。
正常一个中断打断CPU运行后就会通过一系列的机制（软件和硬件的）返回到原来while（1）中的代码中去继续运行，这里面的机制就包括要记录刚刚CPU跑到哪里了（因为一会中断退出还要回来）。
此时，只要我们研究CPU的这些机制，通过修改CPU的一些寄存器，让CPU“误以为”另一个Task的某行代码是刚刚进中断前运行的就可以了，然后CPU就会乖乖的顺着原有的机制切换到了一个新的代码空间中
大概就是这么个意思

wicy001 · 发表于 2018-9-19 18:22:30

最核心的就是指针，每个时刻指针指向不同的函数，就实现在while里运行不同的函数。os就负责调度指针应该指向哪个函数。

wicy001 · 发表于 2018-9-19 18:28:20

在定时起的中断里给运行while里的函数指针赋值，就实现函数切换。

wicy001 · 发表于 2018-9-19 18:28:20

在定时起的中断里给运行while里的函数指针赋值，就实现函数切换。

hyz_avr · 发表于 2018-9-19 20:37:53

线程1进入中断，然后中断退出的时候让他进入线程2，这样就切换过去了。

spacekey · 发表于 2018-9-19 20:39:32

楼上好图

bigk2000 · 发表于 2018-9-19 20:40:40

本帖最后由 bigk2000 于 2018-9-19 20:52 编辑

一图搞懂RTOS任务切换原理

hyz_avr · 发表于 2018-9-19 20:41:23

线程1进入中断，然后中断退出的时候让他进入线程2，这样就切换过去了。

jianfengxixi · 发表于 2018-9-19 21:42:35

看一遍源代码就明白了，哈哈哈

qq335702318 · 发表于 2018-9-19 21:54:44

通俗点讲，就是"刻意"制造了中断

你应该容易理解
while(1)可以被外部中断打断
外部中断发生后，
程序压栈
然后跳转到中断向量所在的地址执行
中断程序执行完毕，退栈
返回原来的位置继续执行

RTOS简单来说就是人工制造了这样一种中断环境
让每个子程序都能够进入和退出

只不过基于其他细节的完善，RTOS需要附带一些其他组件
比如优先级管理，任务切换，任务列表，消息等等..

qq335702318 · 发表于 2018-9-19 22:11:36

bigk2000 发表于 2018-9-19 20:40
一图搞懂RTOS任务切换原理

其实我一直有个疑惑
OS里面可以不断地切换不同的任务
假如我有20个任务，他们分别都进入了嵌套
比如Task1运行到一半，被切换到优先级更高的Task2，Task2运行到一半，又被切换到Task3.....一直嵌套到Task20
此时需要保存的"现场"数据这么多，难道不会导致栈空间不足吗？

另外一种情况是
假如我Task1有大量的临时变量，被Task2切换后
是不是需要足够的栈空间存放这些Task1的临时变量
这时候又如何保证内存不会溢出的呢？

bigk2000 · 发表于 2018-9-19 22:28:33

本帖最后由 bigk2000 于 2018-9-19 22:52 编辑

qq335702318 发表于 2018-9-19 22:11
其实我一直有个疑惑
OS里面可以不断地切换不同的任务
假如我有20个任务，他们分别都进入了嵌套

好问题
每个任务都有独立的任务栈，任何当前任务被打断时，栈都会压到当前任务栈中；
task1被打断时，压到task1的栈中；
task2被打断时，就压到task2的栈中；
类推。。。
task3，task2要压的栈不占用task1的栈空间；
所以再多嵌套也不会导致栈溢出，当然前提是每个任务栈大小足够；.
由于每个任务都有各自的栈，所以OS吃内存厉害；

临时变量会占用任务栈，所以少用临时，否则会导致栈溢出，系统崩溃。。。
太多的临时变量无法保证不爆栈，但OS都有检查机制，当发现爆栈时，系统只能选择停止调度（类似windows蓝屏）。。。

另外
根据CPU内核机制的不同，需要考虑中断时压的栈会压到哪里去了？
cortex为例，当一级中断发生时，栈会压到任务栈上；更高级中断（嵌套）发生时，会压到系统栈上，因为一级中断发生时，内核自动把栈指针切换为了系统栈；这样就大大节省了任务栈，ARM的设计就是为OS而生的；
而其他cpu有的就糟糕了，比如STM8，当中断发生时，统统压到任务栈上了，当嵌套发生时，每套一级就需要额外的任务栈空间，每个任务都要给中断需要的栈开辟空间，浪费惊人；

ibichao · 发表于 2018-9-19 23:54:21

rtos修改了任务栈的出口地址

love_zjb · 发表于 2018-9-20 08:23:08

每个任务都有任务栈，可以保存恢复现场

zhang0352505 · 发表于 2018-9-20 09:09:36

bigk2000 发表于 2018-9-19 22:28
好问题
每个任务都有独立的任务栈，任何当前任务被打断时，栈都会压到当前任务栈中；
task1被打断时，压 ...

大神，这些机制哪里有详细的讲解？另外任务栈和系统栈怎么看？调试界面里面能看到吗？

zcllom · 发表于 2018-9-20 09:50:12

还真不知道栈有任务栈，系统栈之分。

bigk2000 · 发表于 2018-9-20 09:57:36

zhang0352505 发表于 2018-9-20 09:09
大神，这些机制哪里有详细的讲解？另外任务栈和系统栈怎么看？调试界面里面能看到吗？ ...

没有看到哪里有讲解的，我也是自己写OS时自己领悟和看其他OS学习到的这些；
CORTEX为例，调试界面的CPU Registers里的CONTROL的SPSEL位指示当前是哪个栈；

我开始写OS时，用的就是系统栈（MSP），没发现任务栈（PSP）有什么鸟用。。。
后来发现UCOS/FreeRTOS都用的是PSP，我开始思考为什么。。。
后来发现，用MSP时，所有的任务栈都必须为中断时压的栈开辟空间，尤其嵌套中断时，套越深，任务栈就必须越大，非常浪费；
而用PSP就不同了，由于中断打断任务后，内核自动选择了MSP，当嵌套时，压栈是压到系统栈的，这样任务栈只需要为第一级中断时的压栈开辟空间，嵌套的就不管了，解决了浪费问题；

这也是为什么高级CPU都有2个栈指针的原因；
低端CPU只有一个栈指针，要跑OS就太费RAM了。

610570143 · 发表于 2018-9-20 09:58:21

zhang0352505 发表于 2018-9-20 09:09
大神，这些机制哪里有详细的讲解？另外任务栈和系统栈怎么看？调试界面里面能看到吗？ ...

看这《RT-Thread内核实现与应用开发实战指南—基于STM32》的第一部分，里面有实现的细节。
https://www.amobbs.com/thread-5695550-1-1.html

security · 发表于 2018-9-20 09:58:35

zcllom 发表于 2018-9-20 09:50
还真不知道栈有任务栈，系统栈之分。

去看看 Cortex-M 系列的 MSP 和 PSP。

huangqi412 · 发表于 2018-9-20 10:02:39

定时器切换栈指针使得pc指针和r寄存器按需要弹出和压入

huangqi412 · 发表于 2018-9-20 10:04:20

pc和r使得切换了代码和临时变量就切换了不同的while1循环

security · 发表于 2018-9-20 10:06:14

zcllom 发表于 2018-9-20 09:50
还真不知道栈有任务栈，系统栈之分。

更通俗的说法是，任务线程栈和中断栈的区分。
可以去这边看看：「在RTOS里，应用程序堆栈和芯片内核中断服务的堆栈是一样的吗？」

security · 发表于 2018-9-20 10:09:46

bigk2000 发表于 2018-9-20 09:57
没有看到哪里有讲解的，我也是自己写OS时自己领悟和看其他OS学习到的这些；
CORTEX为例，调试界面的CPU R ...

只有一个栈指针的硬件，也可以用软件方式实现，中断栈和任务栈的区分的。
看软件架构设计的取舍了。

bigk2000 · 发表于 2018-9-20 10:15:28

security 发表于 2018-9-20 10:09
只有一个栈指针的硬件，也可以用软件方式实现，中断栈和任务栈的区分的。
看软件架构设计的取舍了。 ...

好想法。。。。

zhang0352505 · 发表于 2018-9-20 10:26:49

bigk2000 发表于 2018-9-20 09:57
没有看到哪里有讲解的，我也是自己写OS时自己领悟和看其他OS学习到的这些；
CORTEX为例，调试界面的CPU R ...

哦，明白了，多谢

zhang0352505 · 发表于 2018-9-20 10:27:22

610570143 发表于 2018-9-20 09:58
看这《RT-Thread内核实现与应用开发实战指南—基于STM32》的第一部分，里面有实现的细节。
https://www.a ...

嗯，我下载来看一下，这个好

laoshuhunya · 发表于 2018-9-20 11:22:46

简单的说就是修改中断返回地址，以及必要的现场保护和恢复

bigk2000 · 发表于 2018-9-20 14:16:59

security 发表于 2018-9-20 10:09
只有一个栈指针的硬件，也可以用软件方式实现，中断栈和任务栈的区分的。
看软件架构设计的取舍了。 ...

假如刚刚进入低级中断，高级中断就发生了，
这时高级中断还是把栈压到了当前任务栈上啊

极端情况是，所有的嵌套中断都会压到当前任务栈上。

除非个别CPU架构进低级中断时就把全局中断屏蔽了，才有可能使用软件栈指针；

security · 发表于 2018-9-20 14:26:19

bigk2000 发表于 2018-9-20 14:16
假如刚刚进入低级中断，高级中断就发生了，
这时高级中断还是把栈压到了当前任务栈上啊

是的。
但我想应该有不少架构，都有这样的支持处理。
即便不支持，极端情况也是，所有中断的栈压入到任务栈的开销而已，不会太大，同时这概率又有多大。
IRQ 的运行时栈和任务栈分开，才是关键点。

bigk2000 · 发表于 2018-9-20 14:39:50

security 发表于 2018-9-20 14:26
是的。
但我想应该有不少架构，都有这样的支持处理。
即便不支持，极端情况也是，所有中断的栈压入到任务 ...

除非从时序上100%保证不同时发生，否则只能把嵌套要压的栈空间都在任务栈上开辟出来。。。。
分开是个好想法，但是为了保险，还是要把IRQ嵌套的开销算在任务栈上，并不能解决内存浪费问题，
而且还要处理软件栈硬件栈的切换，又浪费了时间，
那边软件栈的意义何在？
有什么机制可以完美解决这个问题？

security · 发表于 2018-9-20 14:48:43

bigk2000 发表于 2018-9-20 14:39
除非从时序上100%保证不同时发生，否则只能把嵌套要压的栈空间都在任务栈上开辟出来。。。。
分开是个好 ...

每种方案，都有其适应场景，
所以说，要看你的取舍。

cqfeiyu · 发表于 2018-9-20 15:13:08

举个例，你有两个女朋友分别是A和B，你正在和A女朋友吃饭，这时候你手机响了，B女朋友叫你去逛街，你骗A女朋友说要去上厕所，就去和B女朋友逛街，逛了一会儿，手机又响了，A女朋友说还没上完厕所？你骗B女朋友说要去上厕所，就去和A女朋友继续吃饭，如此反复，你就分别实现了与A，B女朋友约会的任务。

atonghua · 发表于 2018-12-7 12:28:43

cqfeiyu 发表于 2018-9-20 15:13
举个例，你有两个女朋友分别是A和B，你正在和A女朋友吃饭，这时候你手机响了，B女朋友叫你去逛街，你骗A女 ...

这个厉害！！！

stt1990511 · 发表于 2018-12-7 22:45:00

嗯说的还不错

wq_601840968 · 发表于 2018-12-8 11:48:17

bigk2000 发表于 2018-9-19 22:28
好问题
每个任务都有独立的任务栈，任何当前任务被打断时，栈都会压到当前任务栈中；
task1被打断时，压 ...

STM8不也是cortex内核吗，处理中断还不一样？

bigk2000 · 发表于 2018-12-8 12:15:56

wq_601840968 发表于 2018-12-8 11:48
STM8不也是cortex内核吗，处理中断还不一样？

8时ST自家的8位核，不是cortex

lanqilove · 发表于 2018-12-8 13:08:42

有个词叫软中断

bigk2000 · 发表于 2018-12-8 13:17:47

lanqilove 发表于 2018-12-8 13:08
有个词叫软中断

然后？。。。。。。。。。。

huangqi412 · 发表于 2018-12-8 17:55:38

wq_601840968 发表于 2018-12-8 11:48
STM8不也是cortex内核吗，处理中断还不一样？

。。。看看书册再说

mark82 · 发表于 2018-12-10 17:56:51

这个帖子不错！

summer2017 · 发表于 2019-1-3 14:41:01

之前一直裸跑，前不久第一次看ucos的代码时，也碰到多个while 1的疑惑。想想在while 1中，中断也能打断while 1。然后在中断中完成多个while 1中的跳转。就释然了。

captain_steve · 发表于 2019-1-3 18:09:30

一石激起千层浪，回复很精彩，学习了

rtos是通过什么东西来调度的？

阿莫论坛20周年了！感谢大家的支持与爱护！！

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