摘要：鴻蒙輕內核的任務排序鏈表，用於任務延遲到期/超時喚醒等業務場景，是一個很是重要、很是基礎的數據結構。git
本文會繼續給讀者介紹鴻蒙輕內核源碼中重要的數據結構：任務排序鏈表TaskSortLinkAttr。鴻蒙輕內核的任務排序鏈表，用於任務延遲到期/超時喚醒等業務場景，是一個很是重要、很是基礎的數據結構。本文中所涉及的源碼，以OpenHarmony LiteOS-M內核爲例，都可以在開源站點https://gitee.com/openharmony/kernel_liteos_m 獲取。數組
1 任務排序鏈表
咱們先看下任務排序連接的數據結構。任務排序鏈表是一個環狀的雙向鏈表數組，任務排序鏈表屬性結構體TaskSortLinkAttr做爲雙向鏈表的頭結點，指向雙向鏈表數組的第一個元素，還維護遊標信息，記錄當前的位置信息。咱們先看下排序鏈表屬性的結構體的定義。數據結構
1.1 任務排序鏈表屬性結構體定義
在kernel\include\los_task.h頭文件中定義了排序鏈表屬性的結構體TaskSortLinkAttr。該結構體定義了排序鏈表的頭節點LOS_DL_LIST *sortLink，遊標UINT16 cursor，還有一個保留字段，暫時沒有使用。函數
源碼以下：學習
typedef struct {
LOS_DL_LIST *sortLink;
UINT16 cursor;
UINT16 reserved;
} TaskSortLinkAttr;
在文件kernel\src\los_task.c中定義了排序鏈表屬性結構體TaskSortLinkAttr類型的全局變量g_taskSortLink，該全局變量的成員變量sortLink做爲排序鏈表的頭結點，指向一個長度爲32的環狀的雙向鏈表數組，成員變量cursor做爲遊標記錄環狀數組的當前遊標位置。源代碼以下。url
LITE_OS_SEC_BSS TaskSortLinkAttr g_taskSortLink;
咱們使用示意圖來說述一下。任務排序鏈表是環狀雙向鏈表數組，長度爲32，每個元素是一個雙向鏈表，掛載任務LosTaskCB的鏈表節點timerList。任務LosTaskCB的成員變量idxRollNum記錄數組的索引和滾動數。全局變量g_taskSortLink的成員變量cursor記錄當前遊標位置，每過一個Tick，遊標指向下一個位置，轉一輪須要32 ticks。當運行到的數組位置，雙向鏈表不爲空，則把第一個節點維護的滾動數減1。這樣的數據結構相似鐘錶錶盤，也稱爲時間輪。spa
咱們舉個例子來講明，基於時間輪實現的任務排序鏈表是如何管理任務延遲超時的。假如當前遊標cursor爲1，當一個任務須要延時72 ticks，72=2*32+8，表示排序索引sortIndex爲8，滾動數rollNum爲2。會把任務插入數組索引爲sortIndex+cursor=9的雙向鏈表位置，索要9處的雙向鏈表維護節點的滾動爲2。隨着Tick時間的進行，從當前遊標位置運行到數組索引位置9，歷時8 ticks。運行到9時，若是滾動數大於0，則把滾動數減1。等再運行2輪，共須要72 ticks，任務就會延遲到期，能夠從排序鏈表移除。每一個數組元素對應的雙向鏈表的第一個鏈表節點的滾動數表示須要轉多少輪，節點任務纔到期。第二個鏈表節點的滾動數須要加上第一個節點的滾動數，表示第二個節點須要轉的輪數。依次類推。.net
示意圖以下：設計
1.2 任務排序鏈表宏定義
在OS_TSK_SORTLINK_LEN頭文件中定義了一些和任務排序鏈表相關的宏定義。延遲任務雙向鏈表數組的長度定義爲32，高階bit位位數爲5，低階bit位位數爲27。對於任務的超時時間，取其高27位做爲滾動數，低5位做爲數組索引。3d
源碼以下：
/** * 延遲任務雙向鏈表數組的數量（桶的數量）:32 */ #define OS_TSK_SORTLINK_LEN 32 /** * 高階bit位數目:5 */ #define OS_TSK_HIGH_BITS 5U /** * 低階bit位數目:27 */ #define OS_TSK_LOW_BITS (32U - OS_TSK_HIGH_BITS) /** * 滾動數最大值：0xFFFF FFDF，1111 0111 1111 1111 1111 1111 1101 1111 */ #define OS_TSK_MAX_ROLLNUM (0xFFFFFFFFU - OS_TSK_SORTLINK_LEN) /** * 任務延遲時間數的位寬：5 */ #define OS_TSK_SORTLINK_LOGLEN 5 /** * 延遲任務的桶編號的掩碼:3一、0001 1111 */ #define OS_TSK_SORTLINK_MASK (OS_TSK_SORTLINK_LEN - 1U) /** * 滾動數的高階掩碼:1111 1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 */ #define OS_TSK_HIGH_BITS_MASK (OS_TSK_SORTLINK_MASK << OS_TSK_LOW_BITS) /** * 滾動數的低階掩碼:0000 0111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 */ #define OS_TSK_LOW_BITS_MASK (~OS_TSK_HIGH_BITS_MASK)
2 任務排序鏈表操做
咱們分析下任務排序鏈表的操做，包含初始化，插入，刪除，滾動數更新，獲取下一個到期時間等。
2.1 初始化排序鏈表
在繫系統內核初始化啓動階段，在函數UINT32 OsTaskInit(VOID)中初始化任務排序鏈表。該函數的調用關係以下，main.c:main() --> kernel\src\los_init.c:LOS_KernelInit() --> kernel\src\los_task.c:OsTaskInit()。
初始化排序鏈表函數的源碼以下：
LITE_OS_SEC_TEXT_INIT UINT32 OsTaskInit(VOID)
{
UINT32 size;
UINT32 index;
LOS_DL_LIST *listObject = NULL;
......
⑴ size = sizeof(LOS_DL_LIST) * OS_TSK_SORTLINK_LEN;
listObject = (LOS_DL_LIST *)LOS_MemAlloc(m_aucSysMem0, size);
⑵ if (listObject == NULL) {
(VOID)LOS_MemFree(m_aucSysMem0, g_taskCBArray);
return LOS_ERRNO_TSK_NO_MEMORY;
}
⑶ (VOID)memset_s((VOID *)listObject, size, 0, size);
⑷ g_taskSortLink.sortLink = listObject;
g_taskSortLink.cursor = 0;
for (index = 0; index < OS_TSK_SORTLINK_LEN; index++, listObject++) {
⑸ LOS_ListInit(listObject);
}
return LOS_OK;
}
⑴處代碼計算須要申請的雙向鏈表的內存大小，OS_TSK_SORTLINK_LEN爲32，即須要爲32個雙向鏈表節點申請內存空間。而後申請內存，⑵處申請內存失敗時返回相應錯誤碼。⑶處初始化申請的內存區域爲0等。⑷處把申請的雙向鏈表節點賦值給g_taskSortLink的鏈表節點.sortLink，做爲排序鏈表的頭節點，遊標.cursor初始化爲0。而後⑸處的循環，調用LOS_ListInit()函數把雙向鏈表數組每一個元素都初始化爲雙向循環鏈表。
2.2 插入排序鏈表
插入排序鏈表的函數爲OsTaskAdd2TimerList()。在任務等待互斥鎖/信號量等資源時，都須要調用該函數將任務加入到對應的排序鏈表中。該函數包含兩個入參，第一個參數LosTaskCB *taskCB用於指定要延遲的任務，第二個參數UINT32 timeout指定超時等待時間。
源碼以下：
LITE_OS_SEC_TEXT VOID OsTaskAdd2TimerList(LosTaskCB *taskCB, UINT32 timeout)
{
LosTaskCB *taskDelay = NULL;
LOS_DL_LIST *listObject = NULL;
UINT32 sortIndex;
UINT32 rollNum;
⑴ sortIndex = timeout & OS_TSK_SORTLINK_MASK;
rollNum = (timeout >> OS_TSK_SORTLINK_LOGLEN);
⑵ (sortIndex > 0) ? 0 : (rollNum--);
⑶ EVALUATE_L(taskCB->idxRollNum, rollNum);
⑷ sortIndex = (sortIndex + g_taskSortLink.cursor);
sortIndex = sortIndex & OS_TSK_SORTLINK_MASK;
⑸ EVALUATE_H(taskCB->idxRollNum, sortIndex);
⑹ listObject = g_taskSortLink.sortLink + sortIndex;
⑺ if (listObject->pstNext == listObject) {
LOS_ListTailInsert(listObject, &taskCB->timerList);
} else {
⑻ taskDelay = LOS_DL_LIST_ENTRY((listObject)->pstNext, LosTaskCB, timerList);
do {
⑼ if (UWROLLNUM(taskDelay->idxRollNum) <= UWROLLNUM(taskCB->idxRollNum)) {
UWROLLNUMSUB(taskCB->idxRollNum, taskDelay->idxRollNum);
} else {
⑽ UWROLLNUMSUB(taskDelay->idxRollNum, taskCB->idxRollNum);
break;
}
⑾ taskDelay = LOS_DL_LIST_ENTRY(taskDelay->timerList.pstNext, LosTaskCB, timerList);
} while (&taskDelay->timerList != (listObject));
⑿ LOS_ListTailInsert(&taskDelay->timerList, &taskCB->timerList);
}
}
⑴處代碼計算等待時間timeout的低5位做爲數組索引，高27位做爲滾動數rollNum。這2行代碼數學上的意義，就是把等待時間處於32獲得的商做爲滾動數，餘數做爲數組索引。⑵處代碼，若是餘數爲0，能夠整除時，滾動數減1。減1設計的緣由是，在函數VOID OsTaskScan(VOID)中，每個tick到來時，若是滾動數大於0，滾動數減1，並繼續滾動一圈。後文會分析該函數VOID OsTaskScan(VOID)。
⑶處代碼把滾動數賦值給任務taskCB->idxRollNum的低27位。⑷處把數組索引加上游標，而後執行⑸賦值給任務taskCB->idxRollNum的高5位。⑹根據數組索引獲取雙向鏈表頭結點，⑺若是此處雙向鏈表爲空，直接插入鏈表裏。若是鏈表不爲空，執行⑻獲取第一個鏈表節點對應的任務taskDelay，而後遍歷循環雙向鏈表，把任務插入到合適的位置。⑼處若是待插入任務taskCB的滾動數大於等於當前鏈表節點對應任務的滾動數，則從待插入任務taskCB的滾動數中減去當前鏈表節點對應任務的滾動數，而後執行⑾獲取下一個節點繼續遍歷。⑽處若是待插入任務taskCB的滾動數小於當前鏈表節點對應任務的滾動數，則從當前鏈表節點對應任務的滾動數中減去待插入任務taskCB的滾動數，而後跳出循環。執行⑿，完成任務插入。插入過程，能夠結合上文的示意圖進行理解。
2.3 從排序鏈表中刪除
從排序鏈表中刪除的函數爲VOID OsTimerListDelete(LosTaskCB *taskCB)。在任務恢復/刪除等場景中，須要調用該函數將任務從任務排序鏈表中刪除。該函數包含一個參數LosTaskCB *taskCB，用於指定要從排序鏈表中刪除的任務。
源碼以下：
LITE_OS_SEC_TEXT VOID OsTimerListDelete(LosTaskCB *taskCB)
{
LOS_DL_LIST *listObject = NULL;
LosTaskCB *nextTask = NULL;
UINT32 sortIndex;
⑴ sortIndex = UWSORTINDEX(taskCB->idxRollNum);
⑵ listObject = g_taskSortLink.sortLink + sortIndex;
⑶ if (listObject != taskCB->timerList.pstNext) {
⑷ nextTask = LOS_DL_LIST_ENTRY(taskCB->timerList.pstNext, LosTaskCB, timerList);
UWROLLNUMADD(nextTask->idxRollNum, taskCB->idxRollNum);
}
⑸ LOS_ListDelete(&taskCB->timerList);
}
⑴處代碼獲取待從排序鏈表中刪除的任務對應的數字索引。⑵處代碼獲取排序鏈表的頭節點listObject。⑶處代碼判斷待刪除節點是不是最後一個節點，若是不是最後一個節點，執行執行⑷處代碼獲取待刪除節點的下一個節點對應的任務nextTask，在下一個節點的滾動數中增長待刪除節點的滾動數，而後執行⑸處代碼執行刪除操做。若是是最後一個節點，直接執行⑸處代碼刪除該節點便可。
2.4 獲取下一個超時到期時間
獲取下一個超時到期時間的函數爲OsTaskNextSwitchTimeGet()，咱們分析下其代碼。
源碼以下：
UINT32 OsTaskNextSwitchTimeGet(VOID)
{
LosTaskCB *taskCB = NULL;
UINT32 taskSortLinkTick = LOS_WAIT_FOREVER;
LOS_DL_LIST *listObject = NULL;
UINT32 tempTicks;
UINT32 index;
⑴ for (index = 0; index < OS_TSK_SORTLINK_LEN; index++) {
⑵ listObject = g_taskSortLink.sortLink + ((g_taskSortLink.cursor + index) % OS_TSK_SORTLINK_LEN);
⑶ if (!LOS_ListEmpty(listObject)) {
⑷ taskCB = LOS_DL_LIST_ENTRY((listObject)->pstNext, LosTaskCB, timerList);
⑸ tempTicks = (index == 0) ? OS_TSK_SORTLINK_LEN : index;
⑹ tempTicks += (UINT32)(UWROLLNUM((UINT32)taskCB->idxRollNum) * OS_TSK_SORTLINK_LEN);
⑺ if (taskSortLinkTick > tempTicks) {
taskSortLinkTick = tempTicks;
}
}
}
return taskSortLinkTick;
}
⑴處代碼循環遍歷雙向鏈表數組，⑵處代碼從當前遊標位置開始獲取排序鏈表的頭節點listObject。⑶處代碼判斷排序鏈表是否爲空，若是排序鏈表爲空，則繼續遍歷下一個數組。若是鏈表不爲空，⑷處代碼獲取排序鏈表的第一個鏈表節點對應的任務。⑸處若是遍歷的數字索引爲0，tick數目使用32，不然使用具體的數字索引。⑹處獲取任務的滾動數，計算出須要的等待時間，加上⑸處計算出的不足滾動一圈的時間。⑺處計算出須要等待的最小時間，即下一個最快到期的時間。
3 排序鏈表和Tick時間的關係
任務加入到排序鏈表後，時間一個tick一個tick的逝去，排序鏈表中的滾動數該如何更新呢？
時間每走過一個tick，系統就會調用Tick中斷的處理函數OsTickHandler()，該函數在kernel\src\los_tick.c文件中實現。下面是該函數的代碼片斷，⑴處代碼分別任務的超時到期狀況。
LITE_OS_SEC_TEXT VOID OsTickHandler(VOID)
{
#if (LOSCFG_BASE_CORE_TICK_HW_TIME == 1)
platform_tick_handler();
#endif
g_ullTickCount++;
#if (LOSCFG_BASE_CORE_TIMESLICE == 1)
OsTimesliceCheck();
#endif
⑴ OsTaskScan(); // task timeout scan
#if (LOSCFG_BASE_CORE_SWTMR == 1)
(VOID)OsSwtmrScan();
#endif
}
詳細分析下函數OsTaskScan()，來了解排序鏈表和tick時間的關係。函數在kernel\base\los_task.c文件中實現，代碼片斷以下：
LITE_OS_SEC_TEXT VOID OsTaskScan(VOID)
{
LosTaskCB *taskCB = NULL;
BOOL needSchedule = FALSE;
LOS_DL_LIST *listObject = NULL;
UINT16 tempStatus;
UINTPTR intSave;
intSave = LOS_IntLock();
⑴ g_taskSortLink.cursor = (g_taskSortLink.cursor + 1) % OS_TSK_SORTLINK_LEN;
listObject = g_taskSortLink.sortLink + g_taskSortLink.cursor;
⑵ if (listObject->pstNext == listObject) {
LOS_IntRestore(intSave);
return;
}
⑶ for (taskCB = LOS_DL_LIST_ENTRY((listObject)->pstNext, LosTaskCB, timerList);
&taskCB->timerList != (listObject);) {
tempStatus = taskCB->taskStatus;
⑷ if (UWROLLNUM(taskCB->idxRollNum) > 0) {
UWROLLNUMDEC(taskCB->idxRollNum);
break;
}
⑸ LOS_ListDelete(&taskCB->timerList);
⑹ if (tempStatus & OS_TASK_STATUS_PEND) {
taskCB->taskStatus &= ~(OS_TASK_STATUS_PEND);
LOS_ListDelete(&taskCB->pendList);
taskCB->taskSem = NULL;
taskCB->taskMux = NULL;
}
⑺ else if (tempStatus & OS_TASK_STATUS_EVENT) {
taskCB->taskStatus &= ~(OS_TASK_STATUS_EVENT);
}
⑻ else if (tempStatus & OS_TASK_STATUS_PEND_QUEUE) {
LOS_ListDelete(&taskCB->pendList);
taskCB->taskStatus &= ~(OS_TASK_STATUS_PEND_QUEUE);
} else {
taskCB->taskStatus &= ~(OS_TASK_STATUS_DELAY);
}
⑼ if (!(tempStatus & OS_TASK_STATUS_SUSPEND)) {
taskCB->taskStatus |= OS_TASK_STATUS_READY;
OsHookCall(LOS_HOOK_TYPE_MOVEDTASKTOREADYSTATE, taskCB);
OsPriqueueEnqueue(&taskCB->pendList, taskCB->priority);
needSchedule = TRUE;
}
if (listObject->pstNext == listObject) {
break;
}
taskCB = LOS_DL_LIST_ENTRY(listObject->pstNext, LosTaskCB, timerList);
}
LOS_IntRestore(intSave);
⑽ if (needSchedule) {
LOS_Schedule();
}
}
⑴處代碼更新全局變量g_taskSortLink的遊標，指向雙向鏈表數組下一個位置，而後獲取該位置的雙向鏈表頭結點listObject。⑵若是鏈表爲空，則返回。若是雙向鏈表不爲空，則執行⑶循環遍歷每個鏈表節點。⑷處若是鏈表節點的滾動數大於0，則滾動數減1，說明任務還須要繼續等待一輪。若是鏈表節點的滾動數等於0，說明任務超時到期，執行⑸從排序鏈表中刪除。接下來須要根據任務狀態分別處理，⑹處若是代碼是阻塞狀態，取消阻塞狀態，並從阻塞鏈表中刪除。⑺處若是任務阻塞在事件中，取消阻塞狀態。⑻若是任務阻塞在隊列，從阻塞鏈表中刪除，取消阻塞狀態，若是不是上述狀態，取消延遲狀態OS_TASK_STATUS_DELAY。⑼處若是代碼是掛起狀態，設置任務爲就緒狀態，加入任務就緒隊列，設置須要從新調度標記。⑽若是設置須要從新調度，調用調度函數觸發任務調度。
小結
掌握鴻蒙輕內核的排序鏈表TaskSortLinkAttr這一重要的數據結構，會給進一步學習、分析鴻蒙輕內核源代碼打下了基礎，讓後續的學習更加容易。後續也會陸續推出更多的分享文章，敬請期待，也歡迎你們分享學習、使用鴻蒙輕內核的心得，有任何問題、建議，均可以留言給咱們： https://gitee.com/openharmony/kernel_liteos_m/issues 。爲了更容易找到鴻蒙輕內核代碼倉，建議訪問 https://gitee.com/openharmony/kernel_liteos_m ，關注Watch、點贊Star、並Fork到本身帳戶下，謝謝。