嵌入式操作系統任務切換方法對比分析
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在Linux系統中，任務的上下文切換和調度比較復雜。Linux的上下文切換功能是由context_switch()函數完成的。代碼如下：
context_switch()完成了2個工作：
①切換虛擬內存映射，即負責把虛擬內存從被切換下來的進程映射到新進程中，該功能由函數switcn_mm()實現。
②切換進程的寄存器狀態，即負責從一個進程的處理器狀態切換到新進程的處理器狀態，該功能由函數switcn_to()實現。
在多任務系統中，都會提供一個系統函數來進行進程(任務)間切換，綜合來說，它們有兩種進程(任務)切換方式：
①由進程(任務)本身直接調用任務切換函數進行進程(任務)切換。在當前進程(任務)因為不能獲得必需的資源而立即被堵塞時，就由進程(任務)本身直接調用進程(任務)切換函數進行進程(任務)間調度。在Linux中可以直接調用schedule()函數來實現。
②延遲調用任務切換函數進行進程(任務)切換。此方式是把當前進程(任務)設置一調度標志而以延遲方式調用任務切換函數進行進程(任務)切換。在Linux系統中，總是在恢復用戶態進程執行之前，檢查這一調度標志，在這里標志是need_resched，如果有這一標志，就調用調度函數進行進程切換。
此種情況主要包括以下幾種：
①當前進程用完了它的CPU時間片，由scheduler_tick()函數完成schedule()的延遲調用。
②當一個被喚醒進程的優先級比當前進程優先級高時，由try_to_wake_up()函數完成schedule()的延遲調用。
③當發出系統調用sched_setscheduler()時。在這些情況中，主要由于系統調用或中斷而進入內核態，或者當前進程本來在內核態時，返回用戶態時發生的。
在VxWorks系統中，任務的優先級為0～255。任務有4種狀態：就緒態、懸置態、休眠態和延遲態，如圖3所示。本文引用地址：http://www.104case.com/article/150419.htm
內核缺省調度機制為基于優先級的搶占式調度。采用這種機制，系統把處理機分配給優先級最高的進程，使之執行。一旦出現優先級更高的進程時，該任務被剝奪CPU使用權，而去執行優先級更高的任務。而在相同優先級的多個任務之間，采用時間片輪轉調度機制。采用這種機制，當一個任務到達時，它被安排在輪轉隊列的后面，等待分配給自己的時間片的到來，如果在時間片內沒有結束，則在等待屬于自己的時間片的到來，直到任務完成。
在VxWorks系統中，對于優先級相同的任務，如果狀態為Ready，則可以通過時間片輪轉方式公平享有CPU資源。輪轉調度法給處于就緒態的每個同優先級的任務分配一個相同的時間片，該時間片的大小由系統調用KernelTimeSlice決定。
在Windows CE系統中，Windows CE 3．0之后，系統支持的優先級增長到256個，0優先級級別最高，255優先級級別最低。0～247的優先級屬于實時性優先級，248～255的優先級一般分配給普通應用程序。Windows CE．NET采用基于動態優先級的搶占式多任務機制，越重要的任務，優先級越高。Windows CE．NET在任務調度中采用任務優先級制、優先級動態調整機制和搶占式調度，都是為了最大限度地滿足系統的實時性要求。對于一個優先級只有一個任務的簡單系統內核，上述的3種調度足以滿足要求，但對于Windows CE．NET這樣復雜、高性能的多任務實時內核，由于多個任務允許公用一個優先級，則相同優先級的任務要采用Windows CE．NET提供的時間片輪轉法實現。具體實現如圖4所示。
在沒有更高優先級任務就緒時，相同優先級的任務依照就緒的先后次序執行。執行一定的時間片后，無論任務完成與否，均轉入下一任務運行。未運行完的任務釋放處理器的控制權后轉入就緒隊列的末尾，依次往復。這樣的輪轉策略保證了具有相同優先級的任務平等地享有控制權的處理權。在Windows CE系統中，一般設置的時間片大小為10 ms。
3 總結
本文對幾種操作系統的內核的主要部分(任務切換與調度)進行了分析比較，便于理解其實時性、可靠性等方面的優缺點，為以后進行系統的移植和開發打下基礎。由于筆者時間和精力有限，而且目前的操作系統很多，本文只分析了4種系統，還不夠完善。未來可以對其他更多的實時操作系統進行分析比較。
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