“谁来抢 CPU？我来拍板！”——OpenHarmony（LiteOS）内核任务调度全景拆解

本文系统介绍了鸿蒙LiteOS内核的任务调度机制，包括优先级队列、TCB结构、调度算法及同步原语的应用。文章重点阐述了LiteOS基于优先级的抢占式调度策略，高优先级任务的及时响应原理，以及通过Mutex和Semaphore实现任务间同步与资源共享的实践方法。同时提供了可运行的代码示例，展示了中断处理与任务调度的配合方式，并给出优化建议，为开发者掌握鸿蒙系统底层调度机制提供了全面的技术指导。

兰瓶Coding

611人浏览 · 2025-11-18 10:06:34

兰瓶Coding · 2025-11-18 10:06:34 发布

我是兰瓶Coding，一枚刚踏入鸿蒙领域的转型小白，原是移动开发中级，如下是我学习笔记《零基础学鸿蒙》，若对你所有帮助，还请不吝啬的给个大大的赞~

前言

写底层系统，最怕两个字：卡顿。可一旦你把“任务调度—优先级—中断—同步原语”这条链打通，CPU 用起来会像刀法一样利落：该谁上就谁上，该让就立刻让，既不饿着高优先级，也不累死底层线程。本文按你给的大纲开路：LiteOS 内核 → 调度算法 → 优先级与中断，并把你点名的技术点——Task Control Block（TCB）/ Mutex / Semaphore——统统落到可实战的代码与规则里。咱们开干！💪

一、LiteOS 内核：任务、就绪队列与 TCB 的“底子”

1）任务与就绪模型：优先级队列 + 位图

OpenHarmony 的小型系统常用 LiteOS-A（带 MMU，支持 SMP），LiteOS-M 面向更轻量设备；两者在“高优先级优先 + 同优先级时间片轮转 的抢占式调度”上是一致的：内核维护按优先级划分的就绪队列（每个优先级一条双向链表），并用位图快速定位当前最高可运行优先级；同一优先级的多个任务按时间片轮转。(GitCode)

小贴士：LiteOS 默认优先级通常是 0（最高）~31（最低），可在配置里裁剪调整。(doc.embedfire.com)

2）TCB（Task Control Block）：任务的一切都在这

TCB 里记录了任务的上下文、栈指针、优先级、剩余时间片、等待对象（信号量/互斥量）、挂接到各种链表的节点等。你可以把 TCB 看成“内核眼里关于一个任务的全部状态表”。官方文档与源码都明确列举了这些核心字段。(华为云帮助中心)

再抛一个实践向导：LiteOS 的任务创建 API（LOS_TaskCreate 等）会初始化 TCB、挂入就绪队列，并在必要时立即触发调度。(华为云社区)

3）Tick 与 Tickless

时间片与延时都依赖 Tick。内核可配置 LOSCFG_BASE_CORE_TICK_PER_SECOND，并提供 Tick↔毫秒转换、当前 Tick 数等接口；一些资料还提到 tickless 思路：按需唤醒、降低空转中断，提升实时与能效（以 LiteOS-A 资料为例）。(华为云帮助中心)

二、调度算法：高优先级至上，时间片公平轮换

1）核心策略：抢占 + 时间片

抢占：一旦出现更高优先级就绪任务，立刻抢占当前任务。
轮转：同优先级队列中的多个任务，按时间片轮转（时间片耗尽即从队尾重新排队）。(GitCode)

位图 + 就绪链表的组合让“找最高优先级”是 O(1)，调度器非常快。相关源码分析与就绪队列的位图实现可在社区文章里看到。(华为云社区)

2）SMP（多核）要点：亲和、锁与负载

LiteOS-A 支持 SMP：可以设置 CPU 亲和掩码、在多核间调度任务；官方示例就展示了“高优先级任务绑核、低优先级不绑核”的效果以及锁任务调度在 SMP 下的差异（未绑核的任务可在其他 CPU 先跑起来）。(华为云帮助中心)
多核实现涉及到自旋锁、核间中断与负载均衡等机制（工程源码位于 kernel/base/smp 等目录，便于进一步深挖）。(CSDN博客)

3）调度相关“手刹”：TaskLock vs IntLock

LOS_TaskLock/Unlock：锁调度，不关中断；适合保护一小段需要“原子切换/创建”等的代码区间。(GitHub)
关/开中断（LOS_IntLock/IntRestore 等）：屏蔽中断，更重，务必“快进快出”，否则会拖慢中断响应与实时性。(doc.embedfire.com)
注意：在中断上下文或锁任务期间去做“会睡眠”的操作（如阻塞式延时/等待）会失败或被禁止。(51CTO OST)

三、优先级与中断：谁能打断谁？谁该让谁？

1）中断优先级：比任务更“硬”

中断属于“更紧急”的异步事件，它能打断任何任务。正确姿势是：ISR 里只做轻活（清标志、喂硬件、塞消息/发信号量）、重活交给任务（ISR 末尾唤醒高优先级任务，退出 ISR 后由调度器切换）。官方与教材均强调中断只做最小化处理的设计原则。(doc.embedfire.com)

2）从中断到调度：一次“快进快出”的链路

当 ISR 里释放信号量/事件、或将高优先级任务置就绪，退出中断时调度器会检查是否需要切换到优先级更高的任务——这就是抢占生效的关键时刻。相关“中断接管/统一分发”机制在 LiteOS 社区资料也有详细拆解。(华为云社区)

3）优先级反转与互斥锁

用二值信号量保护资源会有优先级反转风险：低优先级持有资源，高优先级被阻塞，中等优先级抢占导致“高→低”被“卡住”。Mutex 的“优先级继承”可以在持锁期间把低优先级临时抬升，直到释放互斥锁为止，这是 LiteOS 推荐在资源互斥场景使用 Mutex 的根本原因。(doc.embedfire.com)

四、同步原语：Semaphore vs Mutex，怎么选？

1）Semaphore（计数/二值）

场景：任务间/中断与任务间同步、“资源数量”控制（计数信号量）。
API：LOS_SemCreate/LOS_SemDelete/LOS_SemPend/LOS_SemPost 等。
中断中使用：通常只允许非阻塞释放（Post），不可在 ISR 里 Pend。(CSDN博客)

2）Mutex（互斥量）

场景：独占资源（临界资源）保护；支持所有权、递归，并提供优先级继承以缓解反转。
API：LOS_MuxCreate/LOS_MuxDelete/LOS_MuxPend/LOS_MuxPost。
对比：同步用 Semaphore，互斥用 Mutex，这是经验定律。(doc.embedfire.com)

五、可跑的最小示例（基于 LiteOS-A 思路，C 伪代码）

目标：演示任务创建 → 基于信号量的 ISR-Task 同步 → 基于互斥量的临界区保护，以及“高优先级任务被唤醒后抢占”。

#include "los_task.h"
#include "los_sem.h"
#include "los_mux.h"
#include "los_typedef.h"

static UINT32 g_sem;
static UINT32 g_mux;
static UINT32 g_tid_high, g_tid_low;

static VOID HighTask(VOID) {
    while (1) {
        // 等待外设中断释放的信号量（ISR中只做Post）
        (VOID)LOS_SemPend(g_sem, LOS_WAIT_FOREVER); // 可被更高优先级抢占
        // 进入临界区：互斥保护共享资源
        (VOID)LOS_MuxPend(g_mux, LOS_WAIT_FOREVER);
        // ... 处理数据（重活） ...
        (VOID)LOS_MuxPost(g_mux);
        // 业务完成，让出CPU（或下一轮等待）
        (VOID)LOS_TaskDelay(1);
    }
}

static VOID LowTask(VOID) {
    while (1) {
        (VOID)LOS_MuxPend(g_mux, LOS_WAIT_FOREVER);
        // ... 访问同一资源（短操作），若高优先级阻塞在该锁上，将触发优先级继承 ...
        (VOID)LOS_MuxPost(g_mux);
        (VOID)LOS_TaskDelay(5);
    }
}

// 假想的外设中断服务程序：只做最小动作，释放信号量并尽快返回
VOID MyDevice_ISR(VOID) {
    (VOID)LOS_SemPost(g_sem); // 通知高优先级任务去干活
    // 退出ISR后，如果HighTask优先级更高，将抢占当前任务
}

UINT32 App_Entry(VOID)
{
    TSK_INIT_PARAM_S p = {0};
    (VOID)LOS_SemCreate(0, &g_sem);
    (VOID)LOS_MuxCreate(&g_mux);

    p.pfnTaskEntry = (TSK_ENTRY_FUNC)HighTask;
    p.usTaskPrio   = 3;               // 高优先级（数值越小越高）
    p.pcName       = "HighTask";
    p.uwStackSize  = 0x2000;
    p.uwResved     = LOS_TASK_STATUS_DETACHED;
    (VOID)LOS_TaskCreate(&g_tid_high, &p);

    p.pfnTaskEntry = (TSK_ENTRY_FUNC)LowTask;
    p.usTaskPrio   = 8;               // 低优先级
    p.pcName       = "LowTask";
    (VOID)LOS_TaskCreate(&g_tid_low, &p);

    return LOS_OK;
}

要点 1：ISR 里只做 Post，把重活交给任务（提高可维护性与实时性）。(doc.embedfire.com)
要点 2：共享资源用 Mutex（可触发优先级继承），而不是二值信号量。(doc.embedfire.com)
要点 3：LOS_TaskCreate 完成后，如果有更高优先级就绪任务，会立即触发调度。(华为云社区)

六、定位与优化：调度相关的工程“抓手”

时间片/节拍：合理配置 LOSCFG_BASE_CORE_TICK_PER_SECOND；时间片检查在 Tick 中断里进行，时间片耗尽即轮转。(华为云帮助中心)
锁的粒度：能用 TaskLock 就别全局关中断；关中断必须极短。(GitHub)
SMP 绑核/亲和：对实时路径可绑定关键任务到指定 CPU；非关键任务不绑核让负载更均衡。官方 SMP 示例可直接抄作业。(华为云帮助中心)
反转预防：临界区统一用 Mutex；对可能长时间占锁的代码做拆分或“生产者-消费者”化解长临界。(doc.embedfire.com)
可观测性：把任务状态、就绪队列与时间片剩余等指标打点；LiteOS 提供了一些 demo 与 shell 能力可用于观察任务/队列。(GitHub)