4.2.1 任务状态机

学习阁2026/7/16大约 5 分钟内核组件内核任务管理状态机任务状态

4.2.1 任务状态机

📚 本节导读

学习时长: 约 20 分钟
难度级别: ⭐⭐⭐☆☆
前置知识: 任务控制块（TCB）基本概念

🎯 学习目标

理解 OneOS 中 7 种任务状态的含义
掌握任务状态之间的转换规则
能够通过状态位掩码判断任务所处的状态组合

一、任务状态定义

OneOS-Lite 定义了 7 种任务状态（外加 EMPTY 空状态），定义在 kernel/include/os_task.h 中：

#define OS_TASK_STATE_EMPTY   0x0000U /* 空状态（未使用） */
#define OS_TASK_STATE_INIT    0x0001U /* 初始化状态 */
#define OS_TASK_STATE_READY   0x0002U /* 就绪状态（等待调度） */
#define OS_TASK_STATE_RUNNING 0x0004U /* 运行状态（当前正在执行） */
#define OS_TASK_STATE_SLEEP   0x0008U /* 睡眠状态（延时等待） */
#define OS_TASK_STATE_BLOCK   0x0010U /* 阻塞状态（等待资源） */
#define OS_TASK_STATE_SUSPEND 0x0020U /* 挂起状态（手动暂停） */
#define OS_TASK_STATE_CLOSE   0x8000U /* 关闭状态（任务结束） */
#define OS_TASK_STATE_MASK    0xFFFFU /* 任务状态掩码 */

各状态采用位掩码（bitmask）方式定义，这意味着一个任务可以同时处于多个状态的组合（例如：任务可以在 SLEEP 状态的同时被 SUSPEND）。

各状态详解

状态	掩码	描述
EMPTY	`0x0000`	空状态，TCB 尚未被使用
INIT	`0x0001`	初始化状态，任务已创建但尚未启动（`os_task_create()` 调用后）
READY	`0x0002`	就绪状态，任务已准备好运行，等待调度器分配 CPU
RUNNING	`0x0004`	运行状态，任务正在 CPU 上执行（同一时刻只有一个任务处于此状态）
SLEEP	`0x0008`	睡眠状态，任务因延时调用（`os_task_tsleep`/`os_task_msleep`）而主动睡眠
BLOCK	`0x0010`	阻塞状态，任务因等待某个 IPC 资源（信号量、互斥锁、消息队列等）而被阻塞
SUSPEND	`0x0020`	挂起状态，任务被手动挂起（`os_task_suspend()`），可与 SLEEP/BLOCK 叠加
CLOSE	`0x8000`	关闭状态，任务即将被销毁，等待资源回收

二、任务状态转换图

下面是完整的任务状态转换图（ASCII 艺术图）：

                        os_task_create()
                             │
                             ▼
                  ┌──────────────────┐
                  │      INIT        │
                  │    (0x0001)      │
                  └───────┬──────────┘
                          │ os_task_startup()
                          ▼
          ┌──────────────────────────────────────────┐
          │               READY                       │
          │             (0x0002)                      │
          └────┬──────────┬──────────┬───────────────┘
               │          │          │
    os_task_   │ 调度器选中│          │ os_task_suspend()
    resume()   │          │          │
               ▼          ▼          ▼
     ┌─────────────┐  ┌──────────┐  ┌──────────────────┐
     │  SUSPEND    │  │ RUNNING  │  │ SUSPEND + READY  │
     │  (0x0020)   │  │ (0x0004) │  │ (0x0022)    ←─── 被恢复
     └──────┬──────┘  └─┬──┬──┬──┘  └──────────────────┘
            │           │  │  │
            │ 被抢占    │  │  └── os_task_tsleep/msleep()
            │ 或时间片到│  │
            ▼           │  ▼
   ┌─────────────┐      │  ┌──────────────────┐
   │  SUSPEND +  │      │  │     SLEEP        │
   │  READY      │◄─────┘  │   (0x0008)       │
   │  (0x0022)   │         └────────┬─────────┘
   └─────────────┘                  │ 延时到期
                                    ▼
                             ┌──────────────┐
                             │    READY     │
                             │  (0x0002)    │
                             └──────────────┘

   等待 IPC 资源（信号量、互斥锁等）：
        RUNNING ──os_sem_wait()等──► BLOCK (0x0010)
        BLOCK ──资源可用──────────► READY (0x0002)

   任务销毁：
        RUNNING ──os_task_destroy()──► CLOSE (0x8000) ──► 资源回收 ──► EMPTY

   挂起叠加（SUSPEND 可与 SLEEP/BLOCK 组合）：
        SLEEP ──os_task_suspend()──► SLEEP + SUSPEND (0x0028)
        BLOCK ──os_task_suspend()──► BLOCK + SUSPEND (0x0030)

三、状态转换规则详解

3.1 INIT → READY

触发条件：调用 os_task_startup()
说明：任务创建后处于 INIT 状态，必须调用 os_task_startup() 将其加入就绪队列才能被调度执行

3.2 READY → RUNNING

触发条件：调度器选中该任务（它是当前最高优先级的就绪任务）
说明：就绪任务被调度器选中后获得 CPU 使用权，状态变为 RUNNING

3.3 RUNNING → READY

触发条件：
- 被更高优先级任务抢占
- 时间片用完（同优先级轮转调度）
- 主动调用 os_task_yield() 让出 CPU
说明：任务失去 CPU 使用权但仍在就绪状态，等待下次调度

3.4 RUNNING → SLEEP

触发条件：调用 os_task_tsleep(tick) 或 os_task_msleep(ms)
说明：任务主动进入睡眠状态，内核将其从就绪队列移除，加入延时队列。延时到期后自动回到 READY 状态

3.5 RUNNING → BLOCK

触发条件：任务尝试获取不可用的 IPC 资源（如信号量 count=0、互斥锁被占用等）
说明：任务从就绪队列移除，加入对应 IPC 对象的阻塞等待队列。当资源可用时自动回到 READY 状态

3.6 RUNNING/READY/SLEEP/BLOCK → SUSPEND

触发条件：其他任务（或自身）调用 os_task_suspend()
说明：
- 如果任务在 READY 状态：从就绪队列移除，状态变为 SUSPEND
- 如果任务在 SLEEP 状态：保留 SLEEP 状态，叠加 SUSPEND（状态变为 SLEEP | SUSPEND）
- 如果任务在 BLOCK 状态：保留 BLOCK 状态，叠加 SUSPEND（状态变为 BLOCK | SUSPEND）
- 如果任务在 RUNNING 状态（自己挂起自己）：立即触发调度

3.7 SUSPEND → READY

触发条件：调用 os_task_resume()
说明：
- 如果任务仅处于 SUSPEND 状态：清除 SUSPEND，转为 READY 状态
- 如果任务处于 SLEEP | SUSPEND 状态：仅清除 SUSPEND，保留 SLEEP（等延时到期后自动回到 READY）
- 如果任务处于 BLOCK | SUSPEND 状态：仅清除 SUSPEND，保留 BLOCK（等资源可用后自动回到 READY）

3.8 RUNNING → CLOSE

触发条件：调用 os_task_destroy() 或任务入口函数返回
说明：任务进入关闭状态，内核的回收任务（recycle-task）会负责执行清理回调和释放资源

四、状态掩码的组合使用

由于状态采用位掩码定义，可以使用位运算来判断任务的状态组合：

#include <os_task.h>

uint16_t status;
os_task_get_state(tid, &status);

/* 判断任务是否处于就绪状态 */
if (status & OS_TASK_STATE_READY) {
    /* 任务就绪 */
}

/* 判断任务是否处于挂起状态（可能同时处于其他状态） */
if (status & OS_TASK_STATE_SUSPEND) {
    /* 任务被挂起 */
}

/* 判断任务是否处于睡眠且挂起状态 */
if ((status & (OS_TASK_STATE_SLEEP | OS_TASK_STATE_SUSPEND)) ==
    (OS_TASK_STATE_SLEEP | OS_TASK_STATE_SUSPEND)) {
    /* 任务同时处于睡眠和挂起状态 */
}

注意：os_task_get_state() 内部对 RUNNING 状态做了特殊处理——如果查询的是当前正在运行的任务，返回的状态中会包含 OS_TASK_STATE_RUNNING，而不是 OS_TASK_STATE_READY。这是因为 RUNNING 任务的实际内部状态位是 READY，但为了方便外部查询，API 做了转换。

📝 本节小结

OneOS 任务状态机采用位掩码设计，定义了 7 种状态（INIT、READY、RUNNING、SLEEP、BLOCK、SUSPEND、CLOSE）。状态之间通过特定的 API 调用触发转换，SUSPEND 状态可以与其他状态叠加。理解任务状态机是掌握任务管理的基础，后续各节将详细介绍每个状态转换的具体 API 用法。