外观
任务等待超时是怎么实现的
在使用RTOS做项目的时候，我们经常会调用类似os_sem_wait(sem, 1000)这样的函数。
其中，函数的第二个参数表示超时时间，也就是最多等信号量1000毫秒。也就是说，如果1000毫秒内等不到信号量，函数就会自动返回，这样就避免了任务一直等下去。
不知道你有没有好奇：这种超时机制到底是怎么实现的？这篇文章将以我的《从0手写嵌入式操作系统》为例，介绍这种等待超时是如何实现的。
问题难点
首先，我们可以先想一下这个问题的难点在哪。
当任务调用os_sem_wait(sem, 1000)的时候，任务其实是在等待以下两个条件中的任意一个：
- 事件发生：当其他任务或者中断释放这个信号量，任务应该被唤醒。
- 超时到了：当等了1000毫秒还没等到信号量时，任务也应该被唤醒。
在实际系统中，这两个条件谁先发生、谁后发生是不确定的。RTOS怎么同时管理这两个条件呢？
解决方法
为了解决这个问题，常见的解决方法是：将任务同时挂到两个队列上。
第一个队列是IPC对象的等待队列。我们知道每个信号量、消息队列等IPC对象，内部都维护一个等待队列，所有正在等这个对象的任务都挂在这个链表上。
第二个队列是系统的延时队列。所有正在延时的任务或者正在等待超时的任务都挂在这个队列上，按超时时间排序。每个系统节拍中断里都会检查这个队列，看有没有任务的超时时间到了。
因此，当任务调用带超时的os_sem_wait()的时候，RTOS将这个任务同时挂到信号量的等待队列和系统的延时队列上，再切换到其他任务运行。
当任务挂到两个队列之后，可能会出现两种唤醒方式，这两种方式如下：
第一种是事件先发生。当其他任务或中断释放了信号量，RTOS从等待队列里取出任务并唤醒。与此同时，将任务从延时队列里也移除掉。移除之后把任务的返回值设为成功。
第二种是超时先发生。系统节拍中断检查延时队列，发现这个任务的超时时间到了，就从延时队列里取出它准备唤醒。与此同时，将任务从等待队列里也移除掉。移除之后把任务的返回值设为超时错误。
也就是说，不管是哪种情况，唤醒任务的时候会将任务从两条队列中都移除。
具体实现
下面，我们以《从0手写嵌入式操作系统》中的手写RTOS源码为例，看看这个过程具体是怎么实现的。
在该RTOS内部，无论是信号量还是消息队列，都会调用核心函数os_event_wait()。该函数负责把任务同时挂到等待队列和延时队列上：
void os_event_wait (os_event_t * event, void * reason, int ms) {
os_task_t * self = os_task_self();
/* 初始化等待事件结构 */
task_wait_init(&self->event_wait, event, reason);
/* 从就绪队列移除，加入延时队列 */
os_sched_remove_ready(self);
if (ms > 0) {
os_sched_set_delay(self, ms);
}
/* 再插入到IPC对象的等待队列中 */
os_event_insert_task(event, self);
}当事件发生时（如信号量唤醒），会调用唤醒函数os_event_notify()。该函数负责把任务从等待队列里取出来，同时从延时队列里移除：
os_task_t * os_event_notify (os_event_t * event) {
os_task_t * task = (os_task_t *)os_list_first(&event->wait_list);
if (task == OS_NULL) {
return OS_NULL;
}
/* 从等待队列中移除 */
os_event_remove_task(event, task);
/* 如果有延时，从延时队列中移除 */
if (task->flags & OS_TASK_STATE_DELAYED) {
os_sched_remove_delay(task);
}
/* 加入就绪队列 */
os_sched_set_ready(task);
return task;
}而在系统节拍中断处理函数里，会调用os_sched_time_tick()。该函数检查延时队列里有没有任务超时，如果有则把任务从等待队列里移除并唤醒：
void os_sched_time_tick (void) {
os_task_t * task = (os_task_t *)os_list_first(&os_core.delay_list);
while (task) {
os_task_t * next = (os_task_t *)os_list_item_next(&os_core.delay_list, task);
if (--task->delay_tick == 0) {
if (task->flags & OS_TASK_STATE_WAIT) {
/* 任务在等待IPC对象，超时了，通知它超时 */
os_event_notify_task(task->event_wait.event, task, OS_NULL, OS_ERR_TMO);
} else {
/* 任务只是在延时，直接唤醒 */
os_sched_remove_delay(task);
os_sched_set_ready(task);
}
}
task = next;
}
}总结
综上所述，RTOS的等待超时是通过双重队列实现的：任务同时挂到IPC对象的等待队列和系统的延时队列，只要两个条件任一满足就唤醒任务。
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