单任务顺序执行到多任务并行执行的演变过程.ppt

演变
对很多人来说,多任务并行的机制是神秘的,包括很多长期在操作系统下开发应用程序的人来说也是如此。
回顾一下从普通的单任务顺序执行到多任务并行执行的演变过程,有利于打破“多任务并行”的神秘感。
其实多任务并行机制一点也不复杂,从技术上说,它就是程序流折断加现场(在操作系统里叫上下文)保护。这两部分技术不仅谈不上高深,甚至无法称其为“技术”,因为几乎每个开发者每天都在跟它们打交道:比较中断响应、调子程序。
那么它到底神秘在哪里呢?在于程序流反向控制机制,所谓程序流反向控制指的是,由子函数决定父函数的执行流程。对于通常的程序来说,总是由父函数决定何时调用哪一个子函数的;而在并行多任务系统里,是由一个被称为任务调度器的子函数决定着何时调用哪一个父函数!
需要澄清一点是,这种子函数对父函数的调用并不是任意的,它只能将流程指向父函数的折断点,也就是最近一次调用任务调度器时的位置。原因很简单,因为子函数根本不知道应该从父函数的哪个地方开始执行,除非它保存了父函数在折断时的上下文。
这种“由任务调度器保存任务流程折断点信息(上下文),并在将来某个时间恢复该上下文,然后继续该任务流程”的方式,就是多任务并行的核心机制。
如何在子函数中修改父函数的执行流程?修改堆栈!
键盘扫描
显示扫描
主程序
最简单的顺序执行方式
挨个调用任务,执行完一个任务后再执行下一个任务。
如果一个任务长时间占用CPU,那么其它任务对外部事件的响应全部停止。
主程序
显示扫描片段1
显示扫描片段2
显示扫描片段3
显示扫描片段4
延时处1
键盘扫描
延时处2
延时处3
延时处4
改进将浪费的时间利用起来
仔细观察可发现,其实任务并非一直运行,,分拆成小片段后插入到另一个任务中,取代原有的延时程序,就可以提高系统资源的利用率.
键盘扫描片段1
主程序
显示扫描片段1
键盘扫描片段2
显示扫描片段2
…
键盘扫描片段n
显示扫描片段n
再改进统一调度任务片段
,.
不足之处是,,必定是运行显示扫描任务的片段1.
键盘扫描片段1
主程序
继续改进实现流程控制---状态机
在主程序与任务之间增加一个接口:,由状态控制器负责调用任务的片段以及控制阶段的变换。
这种循环、条件转移等大尺度流程控制在状态控制器中完成、用特定编号命名每个程序流程阶段的执行方式,就是我们常说的“状态机”.
任务状态控制
Switch(task_step)
键盘扫描片段2
键盘扫描片段3
…
显示扫描片段1
任务状态控制
Switch(task_step)
显示扫描片段2
显示扫描片段2
…
其它任务片段1
任务状态控制
Switch(task_step)
其它任务片段2
其它任务片段2
…
状态机的优点是额外占用资源少,执行效率较高。
缺点是任务被拆得支离破碎,流程不直观。而且让任务在各个状态间跳来跳去,其实处理起来并不轻松。
状态机示例
Unsigned char ks_step = 读第1行键值;
Void keyscan(){
switch(ks_step){
case 读第1行://省略“键值”二字
….
ks_step = 读第2行;
return
case读第2行:
…
ks_step =读第3行
return
case读第3行:
….
ks_step =读第1行
return
}
}
Unsigned char disp_step =输出第1个数码管;
Void keyscan(){
switch(disp_step ){
case 输出第1个://省略“数码管”三字
….
disp_step =输出第2个;
return
case 输出第2个:
…
disp_step =输出第3个
return
case输出第3个:
….
disp_step =输出第1个
return
}
}
Void main(){
while(1){
keyscan();
display();
}
}
每次进入任务函数时只执行一个片段,然后返回,任务进度依靠状态指示器来保存。
状态指示器
每进入函数一次只执行一步即返回,让出CPU给其它任务
任务调度器
键盘扫描程序
显示扫描程序
其它任务
浮出水面任务切换点与任务调度器
任务调度器,是多任务操作系统的核心
重新将