第4章优先级调度算法

第4章：优先级调度算法

调度算法，说白了就是系统决定「下一个该谁跑」的规则。VxWorks 在这方面做得相当灵活，三种调度策略各有各的脾气。我最早接触 VxWorks 时，以为调度就是比优先级，后来踩了不少坑才明白——同优先级任务的调度，才是真正考验设计功底的地方。

4.1 基于优先级的抢占式调度

这是 VxWorks 默认的调度方式。每个任务有个优先级，数值越小优先级越高（0 最高，255 最低）。高优先级任务一旦就绪，立马抢走 CPU。

举个例子：

/* 任务A：优先级 50 */
void taskA(void) {
    while (1) {
        printf("A running\n");
        taskDelay(100);  /* 主动让出CPU */
    }
}

/* 任务B：优先级 100 */
void taskB(void) {
    while (1) {
        printf("B running\n");
        taskDelay(100);
    }
}

任务A 优先级更高，所以只要 A 就绪，B 就靠边站。我在项目中遇到过一个问题：一个低优先级的通信任务，因为高优先级任务一直占着 CPU，导致丢包。后来加了合理的延时和信号量，才解决。

核心要点：抢占式调度下，高优先级任务可以随时打断低优先级任务。这是实时性的保障，但也容易引发优先级反转问题。

4.2 时间片轮转调度

同优先级任务之间，默认是不轮转的。一个任务不主动让出 CPU，同优先级的其他任务就永远没机会跑。这其实是个设计陷阱。

我习惯的做法是：在任务创建时显式开启时间片轮转。

/* 开启时间片轮转，时间片长度 5 个 tick */
kernelTimeSlice(5);

/* 创建两个同优先级任务 */
taskSpawn("tTask1", 100, 0, 4096, (FUNCPTR)task1, 0,0,0,0,0,0,0,0,0,0);
taskSpawn("tTask2", 100, 0, 4096, (FUNCPTR)task2, 0,0,0,0,0,0,0,0,0,0);

时间片轮转的好处是公平。每个任务都能分到 CPU 时间，不会饿死。但要注意：时间片太短会导致频繁切换，浪费 CPU；太长又失去了轮转的意义。我个人建议 5-10 个 tick 比较合适。

实战技巧：如果任务之间有明确的优先级关系，就别用时间片轮转。轮转会引入不确定性，影响实时性。

4.3 同优先级任务调度策略

这里有个容易忽略的点：VxWorks 对同优先级任务默认采用 FIFO 调度。什么意思？就是谁先就绪谁先跑，跑完才轮到下一个。

我曾经在一个数据采集项目中，三个同优先级的采集任务共享一个缓冲区。因为 FIFO 调度，第一个任务一直占着 CPU，后面两个任务迟迟得不到执行，缓冲区数据都过期了。后来改成时间片轮转，问题才解决。

同优先级任务的调度策略，总结起来就三种：

策略	说明	适用场景
FIFO（默认）	先就绪先执行，直到任务主动让出	任务执行时间短，且互不依赖
时间片轮转	每个任务分到固定时间片，轮流执行	任务执行时间长，需要公平调度
优先级继承	临时提升低优先级任务的优先级	解决优先级反转问题

避坑指南：我曾经在项目中同时使用 FIFO 和信号量，结果出现了死锁。原因是两个同优先级任务互相等待对方释放资源，而 FIFO 调度下谁也不让谁。解决方案是改用时间片轮转，或者引入优先级继承协议。

4.4 如何选择合适的调度策略

这个问题没有标准答案，但我可以分享一些经验：

硬实时任务：用抢占式调度，优先级要明确区分。比如中断处理任务优先级设为 50，控制任务设为 80，日志任务设为 150。
软实时任务：同优先级任务用时间片轮转。比如多个传感器数据采集任务，优先级相同，轮流采集。
后台任务：优先级设低，用 FIFO 就行。比如系统监控、日志写入等。

你想想看，如果所有任务都用抢占式调度，高优先级任务一多，低优先级任务可能永远得不到 CPU。反过来，如果都用时间片轮转，实时性又没法保证。所以关键是「分而治之」——不同类别的任务用不同的策略。

我的建议：设计初期就明确任务的优先级和调度策略。别等到系统跑起来才发现调度有问题，那时候改起来成本很高。

4.5 实战中的调度陷阱

嗯，这里要重点说说我踩过的坑。

陷阱一：优先级反转

高优先级任务等待低优先级任务释放资源，而低优先级任务又被中等优先级任务抢占。结果高优先级任务反而跑不过中等优先级任务。解决方法是使用优先级继承协议，或者干脆避免共享资源。

陷阱二：时间片设置不合理

时间片太短，系统频繁切换，CPU 都花在上下文切换上了。时间片太长，轮转失去意义。我一般先设 5 个 tick，然后通过性能监控工具观察，再微调。

陷阱三：忘记开启时间片轮转

这个错误我犯过不止一次。创建了同优先级任务，以为会自动轮转，结果一个任务跑死，其他任务干瞪眼。记住：VxWorks 默认是 FIFO，要轮转必须显式调用 kernelTimeSlice()。

调试技巧：用 i 命令查看任务状态。如果某个任务一直处于 READY 状态但没得到 CPU，多半是优先级或调度策略的问题。

调度算法是 VxWorks 实时性的核心。选对了，系统稳如泰山；选错了，各种诡异问题层出不穷。我个人建议：多花点时间在设计阶段，把任务的优先级和调度策略想清楚。别等到系统跑起来再改，那时候代价就大了。

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