ucos-ii核心演算法分析
μc/os-ⅱ是一種免費公開源**、結構小巧、具有可剝奪實時核心的實時作業系統。其核心提供任務排程與管理、時間管理、任務間同步與通訊、記憶體管理和中斷服務等功能。適合小型控制系統，具有執行效率高、占用空間小、實時效能優良和可擴充套件 性強等特點，最小核心可編譯至2kb。μc/os-ⅱ為何如此高效呢？我們從它的核心演算法——任務排程演算法開始分析。
1任務排程演算法分析
作業系統的實時性主要體現在：當優先順序高的任務要求工作時，作業系統要以盡快的時間將此任務排程到cpu執行。這裡所花費的時間主要包括兩部分：查詢最高優先順序任務和任務上下文切換。其中，任務上下文切換時間是和處理器相關的，作業系統無法控制。我們主要分析uc/os-ii如何查詢最高優先順序任務的。
因為任務較少，uc/os-ii採用單一優先順序，這為演算法的實現提供了很大的方便。在uc/os-ii中，優先順序可以作為任務的標識（當然要在任務存在的情況下，是通過乙個指標陣列實現的）來用。
排程演算法主要基於分級查詢。考慮到任務數目<64，可以用6bit來表示，分為高3位和低三位。uc/os-ii將優先順序進行分組，按高三位進行分組，可得8個（最多）優先順序陣列（000-111）；每個優先順序的在陣列中的位置由其低三位表示。在原始碼中，高三位用帶y字尾的變數表示，而低三位用帶x字尾的變數表示。這樣建立了1個變數osrdygrp（int8u，8bit，每個bit代表一組）和1個陣列osrdytbl[8]（int8u，每 組8bit，每個bit代表乙個優先順序）。這樣形成了的二級查詢，先選組，再選組內偏移。
其中，osrdygrp每一bit置1，表示該組有任務就緒。（第0～7組）。其示意圖見下圖：
我們舉乙個例子，看一下如果優先順序為22的任務就緒，我們如何對優先順序陣列進行操作。用二進位制表示為0b00010110，其高3位為010，為2，則將第2組，也就是osrdygrp的第2位置1。其低3位為110，為6，則將其osrdytbl[2]的第6位置1。程式設計實現時，可以通過對1進行移位， 再進行 或 操作來實現。但考慮到移位時間不確定（要進行統一化），uc/os-ii選擇建立了乙個表osmaptbl[8]，如下。
表 t3.1 osmaptbl的值
index bit mask (binary)
0 00000001
1 00000010
2 00000100
3 00001000
4 00010000
5 00100000
6 01000000
7 10000000
這樣，當乙個任務就緒時，我們這樣處理。其中prio是任務的優先順序。
程式清單l3.5 使任務進入就緒態
osrdygrp |= osmaptbl[prio >> 3];
osrdytbl[prio >> 3] |= osmaptbl[prio & 0x07];
而當任務被掛起或刪除時，我們這樣處理：
程式清單l3.6 從就緒表中刪除乙個任務
if ((osrdytbl[prio >> 3] &= ~osmaptbl[prio & 0x07]) == 0)
osrdygrp &= ~osmaptbl[prio >> 3];
表建立了，如何查詢最高優先順序呢？這是很關鍵的。因為優先順序的值越小，優先順序越高，我們只需從osrdygrp中找到最低位置1的的那一組，再從該組中，查詢最低位置1的位置，組合一下，就得到了最高的優先順序。
同樣，這可以通過乙個while迴圈進行判斷，但是，時間也是不確定的（要進行統一化）。所以，uc/os-ii又建立了一張表osunmaptbl，這張表有點大，其下標值範圍為0x00-0xff，值域為0-7。
這樣，其查詢流程為：
程式清單l3.7 找出進入就緒態的優先順序最高的任務
y = osunmaptbl[osrdygrp];
x = osunmaptbl[osrdytbl[y]];
prio = (y << 3) + x;
2事件處理演算法分析
在uc/os-ii中，事件可以是訊號量、郵箱或者訊息佇列等，並用統一的結構體os_event表示。
我們先看一下os_event的組成：
typedef struct os_event;注意其中兩個變數：oseventgrp和oseventtbl，是不是覺得有點象osrdygrp和osrdytbl。那它們的處理演算法是不是 也一樣呢？你猜對了，這裡關於事件的各種操作（如pend、post、timeout、wait等）的演算法和任務排程演算法如出一轍。當然也用到了osunmaptb和osmaptbl。只是任務就緒時（等待cpu時）插入就緒表，而當任務需要等待事件時要插入event等待列表，反之亦同。
3 小結
這兩個演算法（1種演算法）是os_core.c中最主要的演算法。此演算法執行時間恆定，不隨任務數目的多少變化（但不能超過64個任務），保證了其實時性。這裡，順便對uc/os-ii的設計哲學進行臆測：那就是「以空間換時間」，也就是**table (array)。這可以從uc/os-ii中存在眾多的全域性變數，如oseventtabl，osrdytbl，ostcbtbl（這樣避免了動態初始化）看出，也可以從上面介紹的任務排程演算法中看出（核心資料結構為陣列，並建立了兩張表osunmaptbl和osmaptbl）。
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