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面试技巧第三篇：嵌入式操作系统基础考点：任务、调度和中断

news 2025/9/22 13:59:52

嵌入式操作系统基础考点：任务、调度和中断

在嵌入式工程师的面试中，除了 C语言语法、指针数组内存 这些基础考点，操作系统（RTOS）相关知识也是重点。尤其是任务、调度和中断，几乎每一次笔试或面试都会涉及。

很多同学在项目里用过 RTOS（比如 FreeRTOS、RTX、Zephyr），但对底层机制不够理解，只会照着 API 调用。一旦面试官追问“调度是如何切换的？”、“任务优先级冲突怎么办？”、“中断和任务谁先执行？”就容易卡壳。

本文将带你系统梳理嵌入式操作系统中最核心的三大知识点：任务、调度和中断。

一、为什么面试要考 RTOS？

真实项目中常用
大多数嵌入式产品从一定复杂度开始都会用 RTOS。是否理解任务与调度，直接决定你能否写出稳定的多任务代码。
暴露编程思维
面试官通过这些问题，能看出候选人是否具备并发编程思维，能否正确处理竞争、同步和资源管理。
定位 Bug 的关键
任务死锁、优先级反转、中断丢失，是嵌入式系统最常见的问题。懂不懂 RTOS 基础，差距一眼就能看出来。

二、任务（Task/Thread）

1. 什么是任务？

任务（Task/Thread）可以理解为操作系统调度的最小执行单位。在 RTOS 中，每个任务有：

独立的栈空间
任务控制块（TCB, Task Control Block）
优先级（Priority）
状态信息（就绪、运行、阻塞、挂起等）

2. 常见任务状态

在 FreeRTOS 中，任务有五种常见状态：

Running（运行）：正在 CPU 上执行。
Ready（就绪）：可以运行，但 CPU 被别的任务占用。
Blocked（阻塞）：在等待事件（比如信号量、延时）。
Suspended（挂起）：被人为挂起，不参与调度。
Deleted（删除）：任务结束。

面试常见问题：
👉 “任务在什么情况下会进入阻塞状态？”
答：调用 vTaskDelay()、等待队列消息、等待信号量时。

3. 如何创建任务？

以 FreeRTOS 为例：

void vTask1(void *pvParameters) {while(1) {printf("Task1 running\n");vTaskDelay(1000/portTICK_PERIOD_MS);}
}int main(void) {xTaskCreate(vTask1, "Task1", 128, NULL, 1, NULL);vTaskStartScheduler();while(1);
}

这里：

xTaskCreate 创建任务。
每个任务通过 while(1) 保持运行。
vTaskDelay() 用于延时 + 释放 CPU。

面试官常问：为什么 RTOS 的任务要写成死循环？
👉 因为任务不会自动退出，退出后会导致内存泄漏或系统异常。

三、任务调度（Scheduling）

1. 什么是调度？

调度是操作系统决定 哪个任务在 CPU 上执行 的过程。

2. 调度方式

嵌入式 RTOS 常见的调度方式：

抢占式调度（Preemptive Scheduling）
- 高优先级任务一旦就绪，会立即抢占低优先级任务。
- 常见于 FreeRTOS、RTX。
- 实时性强，但可能导致“优先级反转”。
协作式调度（Cooperative Scheduling）
- 任务自己主动释放 CPU（比如调用 taskYIELD()）。
- 实现简单，但如果一个任务死循环，就可能“霸占”CPU。

面试必考：RTOS 常用的是哪种调度？
👉 一般是抢占式。

3. 时间片轮转

当两个任务的优先级相同时，RTOS 会采用 时间片轮转：

每个任务执行一定时间片（tick）。
超时后，调度器切换到下一个同级任务。

例子：

TaskA 和 TaskB 都是优先级 2，RTOS 会让它们交替执行。

4. 优先级反转问题

面试高频题：

场景：

TaskH（高优先级）需要访问一个共享资源。
TaskL（低优先级）已经持有该资源。
TaskM（中优先级）一直运行，导致 TaskL 无法释放资源，TaskH 一直阻塞。

这就是优先级反转。

解决方法：

优先级继承（Priority Inheritance）：当 TaskL 持有资源时，临时提升到 TaskH 的优先级，直到释放资源。

5. 上下文切换（Context Switch）

调度过程中，操作系统要保存和恢复任务状态，这个过程叫 上下文切换。

保存内容包括：

CPU 寄存器
程序计数器（PC）
堆栈指针（SP）

面试官常问：上下文切换开销大吗？
👉 相对裸机来说有开销（几十到几百个 CPU 周期），但在实时系统中通常可以接受。

四、中断（Interrupt）

1. 什么是中断？

中断是一种 打断 CPU 正常执行流程的机制。当外设或事件发生时，CPU 跳转到中断服务程序（ISR），执行完后再返回。

2. 中断与任务的关系

中断优先级比任务高。
ISR 中不建议执行耗时操作，应尽快退出。
ISR 通常通过信号量/消息队列通知任务。

例子（FreeRTOS）：

void UART_IRQHandler(void) {BaseType_t xHigherPriorityTaskWoken = pdFALSE;xSemaphoreGiveFromISR(xSemaphore, &xHigherPriorityTaskWoken);portYIELD_FROM_ISR(xHigherPriorityTaskWoken);
}