4.2 任务管理

学习阁2026/7/16大约 7 分钟内核组件内核任务管理TCB任务创建

4.2 任务管理

📚 本节导读

学习时长: 约 90 分钟（含所有子节）
难度级别: ⭐⭐⭐⭐☆
前置知识: 实时操作系统基本概念、C 语言指针与内存管理

🎯 学习目标

理解 OneOS 中任务的概念和任务控制块（TCB）的结构
掌握静态创建与动态创建任务的区别
熟悉任务管理的 API 分类和功能
了解各子节的导航关系

一、任务管理概述

任务管理是 OneOS-Lite 内核最核心的模块，负责管理系统中所有任务的整个生命周期。任务管理模块提供了任务创建、启动、调度、状态管理、优先级控制、时间片控制、挂起恢复、延时以及销毁等全部功能。所有任务管理相关的 API 均在 kernel/include/os_task.h 中声明，核心实现在 kernel/source/os_task.c 中。

二、任务基本概念

2.1 任务控制块（TCB）

任务控制块（Task Control Block，TCB）是内核描述和管理一个任务的核心数据结构。每个任务都有唯一的 TCB，其中包含了任务运行所需的所有上下文信息。

在 OneOS 中，TCB 的内部结构体 os_task_t 包含以下关键字段：

字段	类型	说明
`stack_top`	`void *`	当前栈顶指针（SP）
`stack_begin`	`void *`	任务栈起始地址
`stack_end`	`void *`	任务栈结束地址
`state`	`uint16_t`	任务当前状态（位掩码）
`current_priority`	`uint8_t`	当前优先级
`backup_priority`	`uint8_t`	备用优先级（用于优先级继承）
`err_code`	`os_err_t`	任务错误码
`time_slice`	`os_tick_t`	任务时间片大小（单位：tick）
`remaining_time_slice`	`os_tick_t`	剩余时间片（单位：tick）
`block_list_head`	`os_list_node_t *`	阻塞所在的 IPC 队列
`cleanup`	`void ()(void )`	清理回调函数
`user_data`	`void *`	用户私有数据
`name`	`char[OS_NAME_MAX+1]`	任务名称
`object_inited`	`uint8_t`	内核对象初始化状态
`object_alloc_type`	`uint8_t`	分配类型（静态/动态）

注意：用户代码中不应直接访问 TCB 的内部字段，而应通过 os_task.h 中提供的 API 函数进行操作。TCB 的内部结构仅通过 os_dummy.h 以 dummy_task_t 的形式暴露给用户，用于静态定义任务控制块。

2.2 任务栈

每个任务都有自己独立的栈空间，用于保存函数调用上下文、局部变量、CPU 寄存器等。任务栈是任务运行的基础：

栈大小：由创建任务时指定，取决于任务的功能需求（局部变量大小、函数调用深度等）
栈对齐：栈必须按架构要求的对齐方式对齐（OS_ARCH_STACK_ALIGN_SIZE）
栈生长方向：由 CPU 架构决定，可以是向下生长（满递减栈）或向上生长

2.3 任务入口函数

任务入口函数是任务开始执行时调用的函数，其签名为：

void task_entry(void *arg);

arg：创建任务时传入的参数，可以为 OS_NULL
任务函数通常是一个无限循环（while(1)），也可以正常返回（返回后任务自动退出）

三、静态创建与动态创建

OneOS 支持两种任务创建方式：

方式	说明	适用场景
静态创建	用户预先定义 TCB 和栈空间，创建时传入已分配内存的指针	资源受限、不允许动态内存分配的系统
动态创建	创建时传入 `NULL`，内核自动从堆中分配 TCB 和栈空间	内存充足、方便灵活的场景

静态创建

/* 定义任务控制块 */
OS_TASK_DEFINE(my_task_cb);

/* 定义任务栈 */
OS_TASK_STACK_DEFINE(my_task_stack, 1024);

/* 创建任务 */
os_task_id tid = os_task_create(
    &my_task_cb,                        /* 静态 TCB */
    OS_TASK_STACK_BEGIN_ADDR(my_task_stack), /* 栈起始地址 */
    OS_TASK_STACK_SIZE(my_task_stack),       /* 栈大小 */
    "my_task",                           /* 任务名称 */
    task_entry,                          /* 入口函数 */
    OS_NULL,                             /* 入口参数 */
    5                                    /* 优先级 */
);

动态创建

/* 创建任务（TCB 和栈都由内核自动分配） */
os_task_id tid = os_task_create(
    OS_NULL,    /* TCB 为 NULL，内核自动分配 */
    OS_NULL,    /* 栈为 NULL，内核自动分配 */
    1024,       /* 栈大小 */
    "my_task",  /* 任务名称 */
    task_entry, /* 入口函数 */
    OS_NULL,    /* 入口参数 */
    5           /* 优先级 */
);

注意：动态创建需要启用 OS_USING_HEAP 配置宏，否则无法使用。

四、API 快速参考表

4.1 任务生命周期管理

API 函数	功能	说明
`os_task_create()`	创建任务	静态或动态创建，返回任务 ID
`os_task_startup()`	启动任务	将任务从 INIT 状态转为 READY 状态
`os_task_destroy()`	销毁任务	销毁指定的任务并回收资源
`os_task_set_cleanup_callback()`	设置清理回调	任务销毁前执行的回调函数
`os_task_set_user_data()`	设置用户数据	为任务关联私有数据
`os_task_get_user_data()`	获取用户数据	获取已关联的私有数据

4.2 任务调度与控制

API 函数	功能	说明
`os_task_yield()`	主动让出 CPU	让同优先级的下一个任务运行
`os_task_suspend()`	挂起任务	暂停任务执行
`os_task_resume()`	恢复任务	恢复被挂起的任务
`os_task_tsleep()`	节拍延时	基于系统时钟节拍的延时
`os_task_msleep()`	毫秒延时	基于毫秒的延时
`os_schedule_lock()`	锁定调度器	禁止任务切换
`os_schedule_unlock()`	解锁调度器	恢复任务切换
`os_is_schedule_locked()`	检查调度器状态	返回调度器是否锁定

4.3 任务属性管理

API 函数	功能	说明
`os_task_set_priority()`	设置优先级	动态修改任务优先级
`os_task_get_priority()`	获取优先级	获取任务当前优先级
`os_task_set_time_slice()`	设置时间片	修改任务时间片大小
`os_task_get_time_slice()`	获取时间片	获取任务时间片大小
`os_task_get_remaining_time_slice()`	获取剩余时间片	获取任务当前剩余时间片

4.4 任务信息查询

API 函数	功能	说明
`os_get_current_task()`	获取当前任务	获取当前正在运行的任务 ID
`os_task_get_id()`	按名称查找任务	通过任务名称获取任务 ID
`os_task_check_exist()`	检查任务是否存在	判断指定任务是否有效
`os_task_get_name()`	获取任务名称	获取指定任务的名称字符串
`os_task_get_state()`	获取任务状态	获取指定任务的当前状态
`os_task_get_stack_top()`	获取栈顶	获取任务当前栈顶指针
`os_task_get_stack_begin()`	获取栈起始地址	获取任务栈起始地址
`os_task_get_stack_end()`	获取栈结束地址	获取任务栈结束地址
`os_task_get_total_count()`	获取任务总数	获取系统中当前的任务总数

4.5 调度器钩子

API 函数	功能	说明
`os_task_switch_hook_add()`	添加任务切换钩子	注册任务切换时的回调函数
`os_task_switch_hook_delete()`	删除任务切换钩子	注销已注册的任务切换回调

4.6 错误码操作

宏/函数	功能	说明
`os_errno()`	获取错误码指针	返回当前任务的错误码指针
`OS_SET_ERRNO(code)`	设置错误码	设置当前任务错误码
`OS_GET_ERRNO()`	获取错误码	获取当前任务错误码

五、子节导航

任务管理模块的详细内容按以下子节展开，建议按顺序阅读：

子节	说明	页内链接
4.2.1	任务状态机 —— 7 种状态的完整状态转换图	4.2.1 任务状态机
4.2.2	任务创建与销毁 —— 静态/动态创建、启动、销毁	4.2.2 任务创建与销毁
4.2.3	任务调度 —— 优先级抢占、时间片轮转、主动让出	4.2.3 任务调度
4.2.4	任务优先级 —— 优先级范围、动态修改、优先级继承	4.2.4 任务优先级
4.2.5	任务时间片 —— 时间片概念、配置、API 使用	4.2.5 任务时间片
4.2.6	任务挂起与恢复 —— SUSPEND 状态、挂起恢复操作	4.2.6 任务挂起与恢复
4.2.7	任务延时 —— tick 延时、ms 延时、SLEEP 状态	4.2.7 任务延时
4.2.8	调度器锁定 —— 锁定/解锁调度器、临界区保护	4.2.8 调度器锁定
4.2.9	任务钩子 —— 任务切换钩子的注册与使用	4.2.9 任务钩子

📝 本节小结

任务是 OneOS-Lite 中最基本的执行单元。每个任务拥有独立的 TCB 和栈空间，通过任务入口函数执行业务逻辑。OneOS 支持静态和动态两种任务创建方式，提供了丰富的 API 用于任务生命周期管理、调度控制、属性管理和信息查询。后续子节将详细展开每个主题。