鴻蒙內(nèi)核源碼：32級優(yōu)先級的進(jìn)程和線程調(diào)度

先看四個宏定義，進(jìn)程和線程（線程就是任務(wù)）最高和最低優(yōu)先級定義，[0,31]區(qū)間，即32級，優(yōu)先級用于調(diào)度，CPU根據(jù)這個來決定先運行哪個進(jìn)程和任務(wù)。

#define OS_PROCESS_PRIORITY_HIGHEST      0 //進(jìn)程最高優(yōu)先級
#define OS_PROCESS_PRIORITY_LOWEST       31 //進(jìn)程最低優(yōu)先級
#define OS_TASK_PRIORITY_HIGHEST    0 //任務(wù)最高優(yōu)先級,軟時鐘任務(wù)就是最高級任務(wù),見于 OsSwtmrTaskCreate
#define OS_TASK_PRIORITY_LOWEST     31 //任務(wù)最低優(yōu)先級

為何進(jìn)程和線程都是32個優(yōu)先級？

回答這個問題之前，先回答另一個問題，為什么人類幾乎所有的文明都是用十進(jìn)制的計數(shù)方式。答案掰手指就知道了，因為人有十根手指頭?，斞湃说亩M(jìn)制那是把腳指頭算上了，但其實也算是十進(jìn)制的表示。

這是否說明一個問題，認(rèn)知受環(huán)境的影響，方向是怎么簡單/方便怎么來。這也可以解釋為什么人類語言發(fā)音包括各種方言對媽媽這個詞都很類似，因為嬰兒說mama是最容易的。注意認(rèn)識這點很重要！

而計算機(jī)的世界是二進(jìn)制的，是是非非，清清楚楚，特別的簡單，二進(jìn)制已經(jīng)最簡單了，到底啦，不可能有更簡單的了。還記得雙向鏈表篇中說過的嗎，因為簡單所以才不簡單啊，大道若簡，計算機(jī)就靠著這01碼，表述萬千世界。

但人類的大腦不擅長存儲，二進(jìn)制太長了數(shù)到100就撐爆了大腦，記不住，為了記憶和運算方便，編程常用靠近10進(jìn)制的 16進(jìn)制來表示 ,0x9527ABCD看著比 0011000111100101010100111舒服多了。

應(yīng)用開發(fā)和內(nèi)核開發(fā)有哪些區(qū)別？

區(qū)別還是很大的，這里只說一點，就是對位的控制能力，內(nèi)核會出現(xiàn)大量的按位運算(&，|，~，^) , 一個變量的不同位表達(dá)不同的含義，但這在應(yīng)用程序員那是很少看到的，他們用的更多的是邏輯運算（&&，||，！）

#define OS_TASK_STATUS_INIT         0x0001U //初始化狀態(tài)
#define OS_TASK_STATUS_READY        0x0002U //就緒狀態(tài)的任務(wù)都將插入就緒隊列
#define OS_TASK_STATUS_RUNNING      0x0004U //運行狀態(tài)
#define OS_TASK_STATUS_SUSPEND      0x0008U //掛起狀態(tài)
#define OS_TASK_STATUS_PEND         0x0010U //阻塞狀態(tài)

這是任務(wù)各種狀態(tài)（注者后續(xù)將比如成貼標(biāo)簽）表述，將它們還原成二進(jìn)制就是：

0000000000000001 =0x0001U

0000000000000010 =0x0002U

0000000000000100 =0x0004U

0000000000001000 =0x0008U

0000000000010000 =0x0010U

發(fā)現(xiàn)二進(jìn)制這邊的區(qū)別沒有，用每一位來表示一種不同的狀態(tài)，1表示是，0表示不是。

這樣的好處有兩點：

1.可以多種標(biāo)簽同時存在比如 0x07 = 0b00000111,對應(yīng)以上就是任務(wù)有三個標(biāo)簽（初始，就緒，和運行），進(jìn)程和線程在運行期間是允許多種標(biāo)簽同時存在的。

2.節(jié)省了空間，一個變量就搞定了，如果是應(yīng)用程序員要實現(xiàn)這三個標(biāo)簽同時存在，習(xí)慣上要定義三個變量的，因為你的排他性顆粒度是一個變量而不是一個位。

而對位的管理/運算就需要有個專門的管理器：位圖管理器 (見源碼 los_bitmap.c )

什么是位圖管理器？

直接上部分代碼，代碼關(guān)鍵地方都加了中文注釋，簡單說就是對位的各種操作，比如如何在某個位上設(shè)1?如何找到最高位為1的是哪個位置?這些函數(shù)都是有大用途的。

//對狀態(tài)字的某一標(biāo)志位進(jìn)行置1操作
VOID LOS_BitmapSet(UINT32 *bitmap, UINT16 pos)
{
    if (bitmap == NULL) {
        return;
    }

    *bitmap |= 1U << (pos & OS_BITMAP_MASK);//在對應(yīng)位上置1
}
//對狀態(tài)字的某一標(biāo)志位進(jìn)行清0操作
VOID LOS_BitmapClr(UINT32 *bitmap, UINT16 pos)
{
    if (bitmap == NULL) {
        return;
    }

    *bitmap &= ~(1U << (pos & OS_BITMAP_MASK));//在對應(yīng)位上置0
}
/********************************************************
雜項算術(shù)指令
CLZ 用于計算操作數(shù)最高端0的個數(shù)，這條指令主要用于一下兩個場合
　　計算操作數(shù)規(guī)范化（使其最高位為1）時需要左移的位數(shù)
　　確定一個優(yōu)先級掩碼中最高優(yōu)先級
********************************************************/
//獲取狀態(tài)字中為1的最高位 例如: 00110110 返回 5
UINT16 LOS_HighBitGet(UINT32 bitmap)
{
    if (bitmap == 0) {
        return LOS_INVALID_BIT_INDEX;
    }

    return (OS_BITMAP_MASK - CLZ(bitmap));
}
//獲取狀態(tài)字中為1的最低位， 例如: 00110110 返回 2
UINT16 LOS_LowBitGet(UINT32 bitmap)
{
    if (bitmap == 0) {
        return LOS_INVALID_BIT_INDEX;
    }

    return CTZ(bitmap);//
}
位圖在哪些地方應(yīng)用？

內(nèi)核很多模塊在使用位圖，這里只說進(jìn)程和線程模塊，還記得開始的問題嗎，為何進(jìn)程和線程都是32個優(yōu)先級？因為他們的優(yōu)先級是由位圖管理的，管理一個UINT32的變量，所以是32級，一個位一個級別，最高位優(yōu)先級最低。

    UINT32          priBitMap;          /**< BitMap for recording the change of task priority, //任務(wù)在執(zhí)行過程中優(yōu)先級會經(jīng)常變化，這個變量用來記錄所有曾經(jīng)變化
                                             the priority can not be greater than 31 */   //過的優(yōu)先級，例如 ..01001011 曾經(jīng)有過 0,1,3,6 優(yōu)先級

這是任務(wù)控制塊中對調(diào)度優(yōu)先級位圖的定義，注意一個任務(wù)的優(yōu)先級在運行過程中可不是一成不變的，內(nèi)核會根據(jù)運行情況而改變它的，這個變量是用來保存這個任務(wù)曾經(jīng)有過的所有優(yōu)先級歷史記錄。

比如 任務(wù)A的優(yōu)先級位圖是 00000001001011 ，可以看出它曾經(jīng)有過四個調(diào)度等級記錄，那如果想知道優(yōu)先級最低的記錄是多少時怎么辦呢？

誒,上面的位圖管理器函數(shù)UINT16 LOS_HighBitGet(UINT32 bitmap)就很有用啦 ，它返回的是1在高位出現(xiàn)的位置，可以數(shù)一下是 6

因為任務(wù)的優(yōu)先級0最大，所以最終的意思就是A任務(wù)曾經(jīng)有過的最低優(yōu)先級是6

一定要理解位圖的操作，內(nèi)核中大量存在這類代碼，尤其到了匯編層，對寄存器的操作大量的出現(xiàn)。

比如以下這段匯編代碼。

    MSR     CPSR_c, #(CPSR_INT_DISABLE | CPSR_SVC_MODE)  @禁止中斷并切到管理模式
    LDRH    R1, [R0, #4]  @將存儲器地址為R0+4 的低16位數(shù)據(jù)讀入寄存器R1，并將R1的高16 位清零
    ORR     R1, #OS_TASK_STATUS_RUNNING @或指令 R1=R1|OS_TASK_STATUS_RUNNING
    STRH    R1, [R0, #4]  @將寄存器R1中的低16位寫入以R0+4為地址的存儲器中

編程實例

對數(shù)據(jù)實現(xiàn)位操作，本實例實現(xiàn)如下功能：

某一標(biāo)志位置1。

獲取標(biāo)志位為1的最高bit位。

某一標(biāo)志位清0。

獲取標(biāo)志位為1的最低bit位。

#include "los_bitmap.h"
#include "los_printf.h"

static UINT32 Bit_Sample(VOID)
{
  UINT32 flag = 0x10101010;
  UINT16 pos;

  dprintf("\nBitmap Sample!\n");
  dprintf("The flag is 0x%8x\n", flag);

  pos = 8;
  LOS_BitmapSet(&flag, pos);
  dprintf("LOS_BitmapSet:\t pos : %d, the flag is 0x%0+8x\n", pos, flag);

  pos = LOS_HighBitGet(flag);
  dprintf("LOS_HighBitGet:\t The highest one bit is %d, the flag is 0x%0+8x\n", pos, flag);

  LOS_BitmapClr(&flag, pos);
  dprintf("LOS_BitmapClr:\t pos : %d, the flag is 0x%0+8x\n", pos, flag);

  pos = LOS_LowBitGet(flag);
  dprintf("LOS_LowBitGet:\t The lowest one bit is %d, the flag is 0x%0+8x\n\n", pos, flag);

  return LOS_OK;
}

結(jié)果驗證

Bitmap Sample!
The flag is 0x10101010
LOS_BitmapSet: pos : 8,  the flag is 0x10101110
LOS_HighBitGet:The highest one bit is 28, the flag is 0x10101110
LOS_BitmapClr: pos : 28, the flag is 0x00101110
LOS_LowBitGet: The lowest one bit is 4, the flag is 0x00101110

編輯：hfy