一、任务状态概述

在实时操作系统（RTOS）中，任务通常具有以下几种基本状态：

• Running（运行态）：任务正在 CPU 上实际执行。单核系统中同一时刻最多只有一个任务处于运行态。

• Ready（就绪态）：任务已具备执行条件，等待被调度器选中并获得 CPU 使用权。

• Blocked（阻塞态）：任务因等待外部事件（如延时、信号量、消息等）而无法继续执行，主动让出 CPU。

• Suspended（挂起态）：任务被强制暂停，不参与任何调度，必须显式恢复才能回到就绪态。

二、各状态详解与转换关系

1. Running（运行态）

• 含义：任务正在 CPU 上执行。

• 转换条件：

  • 由就绪态被调度器选中进入运行态。

  • 可因时间片用完、被更高优先级任务抢占或主动阻塞而离开运行态。

2. Ready（就绪态）

• 含义：任务已准备好，等待调度器分配 CPU。

• 转换条件：

  • 由阻塞态（事件发生）、挂起态（被恢复）或任务创建时进入。

  • 被调度器选中后进入运行态。

3. Blocked（阻塞态）

• 含义：任务等待某一事件（如延时、信号量、消息等），期间不占用 CPU。

• 转换条件：

  • 由运行态主动调用阻塞类函数（如 vTaskDelay()）进入。

  • 等待的事件发生后回到就绪态。

4. Suspended（挂起态）

• 含义：任务被强制暂停，不参与调度。

• 转换条件：

  • 由其他任务调用 vTaskSuspend() 进入。

  • 由其他任务调用 vTaskResume() 恢复至就绪态。

三、状态转换流程图示意

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[任务创建] → [Ready] → [Running] ↓          ↑          ||          |          ↓
[Suspended] ← [Blocked] ← [主动阻塞或事件等待]

四、调度机制详解

1. 调度原则

• 相同优先级的任务按时间片轮流执行（Round-Robin）。

• 高优先级任务可抢占低优先级任务。

• 多个最高优先级任务并存时，它们之间轮流执行。

2. 就绪队列与链表结构

RTOS 使用数组（或链表）管理就绪任务，每个优先级对应一个链表，链表中存储该优先级下所有就绪任务的 TCB（任务控制块）。

• pxCurrentTCB 指针指向当前正在运行的任务的 TCB。

• 新创建的任务通过尾插法加入对应优先级的就绪链表。

3. 调度过程

• 调度器从最高优先级向下查找第一个非空就绪链表。

• 从该链表中选取下一个任务（如使用时间片轮转则选取下一个节点）。

• 进行上下文切换，使该任务进入运行态。

4. 阻塞与延时机制

• 调用 vTaskDelay() 会使任务从运行态进入阻塞态。

• 任务被移至延迟链表，由 Tick 中断定时检查是否到期。

• 到期后任务被重新移回就绪链表。

5. 挂起机制

• 挂起的任务被移至挂起链表，不受 Tick 中断影响。

• 必须显式调用 vTaskResume() 才能恢复至就绪态。

五、TCB 与任务句柄的关系

1. TCB（Task Control Block）

• 是内核内部用于描述任务状态的数据结构。

• 包含栈指针、任务状态、优先级、事件列表、延时信息等。

• 对用户不可见，由内核维护。

2. 任务句柄（Task Handle）

• 是指向 TCB 的指针，作为用户与内核交互任务的凭证。

• 通过 xTaskCreate() 等函数返回，用于后续操作（如挂起、恢复、修改优先级）。

示例代码：

c

TaskHandle_t xHandle;
xTaskCreate(vTask, "Task", 1024, NULL, 1, &xHandle);
// 此后可通过 xHandle 操作该任务

六、使用注意事项与常见误区

1. 避免空循环延时

• 在 RTOS 中，应使用 vTaskDelay() 而非 while(1) 进行延时。

• 空循环会持续占用 CPU，导致低优先级任务无法执行，破坏系统实时性。

2. 状态转换需显式调用

• 阻塞、挂起等状态转换需通过相应 API 实现，不能直接修改 TCB。

3. 优先级设置需合理

• 过高优先级可能导致低优先级任务饥饿；过低可能无法及时响应。

七、总结

理解任务状态及其转换机制是掌握 RTOS 多任务调度和资源管理的基础。合理使用阻塞、挂起等功能，能显著提升系统效率和实时性。