操作系統(tǒng)中搶占式和非搶占式內(nèi)核的區(qū)別

時間：2021-08-19 15:49:33

關鍵字：內(nèi)核操作系統(tǒng)

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[導讀]編排|?strongerHuang微信公眾號|?嵌入式專欄操作系統(tǒng)分為搶占式內(nèi)核和非搶占式內(nèi)核，通常RTOS都是搶占式內(nèi)核。下面就來講講搶占式內(nèi)核和非搶占式內(nèi)核的內(nèi)容。非搶占式內(nèi)核非搶占式內(nèi)核要求每個任務（線程）都做一些事情來明確放棄對CPU的控制，為了保持多任務并發(fā)的錯覺，必須...

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操作系統(tǒng)分為搶占式內(nèi)核和非搶占式內(nèi)核，通常RTOS都是搶占式內(nèi)核。

下面就來講講搶占式內(nèi)核和非搶占式內(nèi)核的內(nèi)容。

非搶占式內(nèi)核

非搶占式內(nèi)核要求每個任務（線程）都做一些事情來明確放棄對 CPU 的控制，為了保持多任務并發(fā)的錯覺，必須要有這一步操作。

非搶占式調度也稱為協(xié)作多任務，任務相互協(xié)作以共享 CPU，異步事件仍然由 ISR 處理。ISR 可以使更高優(yōu)先級的任務準備好運行，但 ISR 總是返回到被中斷的任務。

只有當當前任務放棄 CPU 時，新的更高優(yōu)先級任務才會獲得對 CPU 的控制。

非搶占式內(nèi)核的優(yōu)點之一是中斷延遲更低，在任務級別，非搶占內(nèi)核也可以使用不可重入函數(shù)。每個任務都可以使用不可重入函數(shù)，而不必擔心被另一個任務破壞。這是因為每個任務都可以在放棄 CPU 之前運行到完成。但是，不應允許不可重入函數(shù)放棄對 CPU 的控制。
使用非搶占式內(nèi)核的任務級響應可能比前臺/后臺系統(tǒng)低得多，因為任務級響應現(xiàn)在由最長任務的時間給出。
非搶占式內(nèi)核的另一個優(yōu)點是較少需要通過使用信號量來保護共享數(shù)據(jù)。每個任務都擁有 CPU，你不必擔心任務會被搶占。當然，這不是絕對的，在某些情況下，仍應使用信號量。共享 I/O 設備可能仍需要使用互斥信號量；例如，任務可能仍需要對打印機的獨占訪問。

(1) 任務正在執(zhí)行但被中斷。(2) 如果中斷被使能，CPU 向量（跳轉）到 ISR。(3) ISR 處理事件并使更高優(yōu)先級的任務準備好運行。(4) ISR完成后，執(zhí)行返回指令，CPU返回被中斷的任務。(5) 任務代碼在中斷指令之后的指令處恢復。(6) 當任務代碼完成時，它調用內(nèi)核提供的服務，將 CPU 交給另一個任務。(7) 內(nèi)核看到更高優(yōu)先級的任務已經(jīng)準備好運行，因此，內(nèi)核執(zhí)行上下文切換，以便它可以運行（即執(zhí)行）更高優(yōu)先級的任務來處理由 ISR 發(fā)出信號的事件。

非搶占式內(nèi)核最重要的缺點是響應性：已準備好運行的較高優(yōu)先級任務可能需要等待很長時間才能運行，因為當前任務應該及時放棄CPU使用權。
與前臺/后臺系統(tǒng)中的后臺執(zhí)行一樣，非搶占式內(nèi)核中的任務級響應時間是不確定的；你永遠不知道最高優(yōu)先級的任務何時才能獲得 CPU 的控制權。這個操作由你的應用程序來決定怎么時候放棄對 CPU 的控制。
總而言之，非搶占式內(nèi)核允許每個任務運行，直到它自愿放棄對 CPU 的控制。中斷搶占任務，ISR 完成后，ISR 返回到被中斷的任務。任務級響應比前臺/后臺系統(tǒng)要好得多，但仍然是不確定的，因此，很少有商業(yè)內(nèi)核是非搶占式的。
搶占式內(nèi)核

μC/OS-II、RTT等大多數(shù)實時內(nèi)核都是搶占式的，準備運行的最高優(yōu)先級任務始終被賦予 CPU 控制權。

當一個任務使更高優(yōu)先級的任務準備好運行時，當前任務被搶占（掛起）并且更高優(yōu)先級的任務立即獲得 CPU 的控制權。

如果 ISR 使更高優(yōu)先級的任務準備就緒，當 ISR 完成時，被中斷的任務被掛起并恢復新的更高優(yōu)先級任務。