線程的基本知識

今天給大家分享一點(diǎn)RT-Thread的基礎(chǔ)知識。

什么是線程？

人們在生活中處理復(fù)雜問題時，慣用的方法就是分而治之，即把一個大問題分解成多個相對簡單、比較容易解決的小問題，小問題逐個被解決了，大問題也就隨之解決了。同樣，在設(shè)計一個較為復(fù)雜的應(yīng)用程序時，也通常把一個大型任務(wù)分解成多個小任務(wù)，然后通過運(yùn)行這些小任務(wù)，最終達(dá)到完成大任務(wù)的目的。

在裸機(jī)系統(tǒng)中， 系統(tǒng)的主體就是 main 函數(shù)里面順序執(zhí)行的無限循環(huán)，這個無限循環(huán)里面 CPU 按照順序完成各種事情。在多線程系統(tǒng)中，我們根據(jù)功能的不同，把整個系統(tǒng)分割成一個個獨(dú)立的且無法返回的函數(shù)，這個函數(shù)我們稱為線程。

線程由哪些部分組成？

RT-Thread 中的線程由三部分組成：線程代碼（函數(shù)）、線程控制塊、線程堆棧。

線程棧

在一個裸機(jī)系統(tǒng)中， 如果有全局變量，有子函數(shù)調(diào)用，有中斷發(fā)生。那么系統(tǒng)在運(yùn)行的時候，全局變量放在哪里，子函數(shù)調(diào)用時，局部變量放在哪里， 中斷發(fā)生時，函數(shù)返回地址發(fā)哪里。

如果只是單純的裸機(jī)編程，它們放哪里我們不用管，但是如果要寫一個 RTOS，這些種種環(huán)境參數(shù)，我們必須弄清楚他們是如何存儲的。

在裸機(jī)系統(tǒng)中，他們統(tǒng)統(tǒng)放在一個叫棧的地方，棧是單片機(jī) RAM 里面一段連續(xù)的內(nèi)存空間，棧的大小一般在啟動文件或者鏈接腳本里面指定， 最后由 C 庫函數(shù)_main 進(jìn)行初始化。

但是， 在多線程系統(tǒng)中，每個線程都是獨(dú)立的，互不干擾的，所以要為每個線程都分配獨(dú)立的?？臻g，這個?？臻g通常是一個預(yù)先定義好的全局?jǐn)?shù)組， 也可以是動態(tài)分配的一段內(nèi)存空間，但它們都存在于 RAM 中。如：

staticrt_uint8_tled_stack[512];

線程棧其實(shí)就是一個預(yù)先定義好的全局?jǐn)?shù)據(jù)，數(shù)據(jù)類型為rt_uint8_t，大小我們設(shè)置為 512。在 RT-Thread 中，凡是涉及到數(shù)據(jù)類型的地方， RTThread 都會將標(biāo)準(zhǔn)的 C 數(shù)據(jù)類型用 typedef 重新取一個類型名， 以“rt”前綴開頭。這些經(jīng)過重定義的數(shù)據(jù)類型放在 rtdef.h ，如：

線程控制塊

在 RT-Thread 中，線程控制塊由結(jié)構(gòu)體 struct rt_thread 表示，線程控制塊是操作系統(tǒng)用于管理線程的一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它會存放線程的一些信息，例如優(yōu)先級、線程名稱、線程狀態(tài)等，也包含線程與線程之間連接用的鏈表結(jié)構(gòu)，線程等待事件集合等，詳細(xì)定義如下（在rtdef.h中定義）：

為led線程定義一個線程控制塊：

staticstructrt_threadled_thread;

線程函數(shù)

線程控制塊中的 entry 是線程的入口函數(shù)，它是線程實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能的函數(shù)。線程的入口函數(shù)由用戶設(shè)
計實(shí)現(xiàn)，一般有以下兩種代碼形式：

無限循環(huán)模式：

在實(shí)時系統(tǒng)中，線程通常是被動式的：這個是由實(shí)時系統(tǒng)的特性所決定的，實(shí)時系統(tǒng)通?？偸堑却饨缡录陌l(fā)生，而后進(jìn)行相應(yīng)的服務(wù)：

順序執(zhí)行或有限次循環(huán)模式：

如簡單的順序語句、 do whlie() 或 for() 循環(huán)等，此類線程不會循環(huán)或不會永久循環(huán)，可謂是 “一次性”線程，一定會被執(zhí)行完畢。在執(zhí)行完畢后，線程將被系統(tǒng)自動刪除。

動態(tài)線程與靜態(tài)線程

我們的用戶線程有兩種創(chuàng)建方式，一種是靜態(tài)線程，另一種是動態(tài)線程。

創(chuàng)建靜態(tài)線程的函數(shù)：

返回值為錯誤代碼。

創(chuàng)建動態(tài)線程的函數(shù)：

返回值為線程控制塊 。

線程創(chuàng)建實(shí)例

創(chuàng)建一個靜態(tài)線程

1、確定線程棧

2、定義線程控制塊

3、創(chuàng)建線程函數(shù)。

#include #include #include /*靜態(tài)線程相關(guān)宏定義*/ #defineTHREAD_PRIORITY25/*優(yōu)先級*/ #defineSTACK_SIZE512/*棧大小*/ #defineTIMESLICE5/*時間片*/ /*線程三要素*/ staticrt_uint8_tstatic_thread_stack[STACK_SIZE];/*線程棧*/ staticstructrt_threadstatic_thread;/*線程控制塊*/ staticvoidstatic_thread_entry(void*parameter);/*線程入口函數(shù)*/ /*靜態(tài)線程入口函數(shù)*/ staticvoidstatic_thread_entry(void*parameter) { rt_uint32_ti=0; rt_kprintf("Thisisstaticthread!\n"); /*無限循環(huán)*/ while(1) { rt_kprintf("staticthreadcount:%d\r\n",++i); /*等待0.5s，讓出cpu權(quán)限，切換到其他線程*/ rt_thread_delay(500); } } /*主函數(shù)*/ intmain(void) { rt_err_tresult; /*創(chuàng)建靜態(tài)線程：優(yōu)先級 25 ，時間片 5個系統(tǒng)滴答，線程棧512字節(jié)*/ result=rt_thread_init(&static_thread, "static_thread", static_thread_entry, RT_NULL, (rt_uint8_t*)&static_thread_stack[0], STACK_SIZE, THREAD_PRIORITY, TIMESLICE); /*創(chuàng)建成功則啟動靜態(tài)線程*/ if(result==RT_EOK) { rt_thread_startup(&static_thread); } }

運(yùn)行結(jié)果為：

可見，在T-Thread中創(chuàng)建一個線程需要線程棧、線程控制塊與線程函數(shù)這三要素。除此之外，需要設(shè)置一個線程優(yōu)先級，因?yàn)镽T-Thread的調(diào)度器是基于優(yōu)先級的搶占式調(diào)度算法。還需要設(shè)置一個時間片參數(shù)，這個用于多個線程具有同等優(yōu)先級的情況下，采用時間片的輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法進(jìn)行調(diào)度，這個值與時間節(jié)拍有關(guān)，每一秒的節(jié)拍數(shù)可在rtconfig.h里進(jìn)行設(shè)置：

在這里我們只創(chuàng)建一個線程，所以時間片我們沒有用到，但也需要傳遞一個時間片的值給rt_thread_init函數(shù)。最后，在主函數(shù)里調(diào)用相關(guān)接口創(chuàng)建一個靜態(tài)線程，創(chuàng)建成功則啟動該線程。

創(chuàng)建一個動態(tài)線程

創(chuàng)建動態(tài)線程與創(chuàng)建靜態(tài)線程類似：

#include #include #include /*動態(tài)線程相關(guān)宏定義*/ #defineTHREAD_PRIORITY25/*優(yōu)先級*/ #defineSTACK_SIZE512/*棧大小*/ #defineTIMESLICE5/*時間片*/ /*線程三要素*/ staticrt_uint8_tdynamic_thread_stack[STACK_SIZE];/*線程棧*/ staticstructrt_threaddynamic_thread;/*線程控制塊*/ staticvoiddynamic_thread_entry(void*parameter);/*線程入口函數(shù)*/ /*動態(tài)線程入口函數(shù)*/ staticvoiddynamic_thread_entry(void*parameter) { rt_uint32_ti; /*無限循環(huán)*/ while(1) { for(i=0;i

運(yùn)行結(jié)果：

靜態(tài)線程VS動態(tài)線程

上例中，從運(yùn)行結(jié)果上看，是沒有任何差別的！那么，我們在實(shí)際中如何抉擇？

使用靜態(tài)線程時，必須先定義靜態(tài)的線程控制塊，并且定義好?？臻g，然后調(diào)用rt_thread_init()函數(shù)來完成線程的初始化工作。采用這種方式，線程控制塊和堆棧占用的內(nèi)存會放在 RW/ZI 段，這段空間在編譯時就已經(jīng)確定，它不是可以動態(tài)分配的，所以不能被釋放，而只能使用 rt_thread_detach()函數(shù)將該線程控制塊從對象管理器中脫離。
使用動態(tài)定義方式 rt_thread_create()時， RT-Thread 會動態(tài)申請線程控制塊和堆?？臻g。在編譯時，編譯器是不會感知到這段空間的，只有在程序運(yùn)行時， RT-Thread 才會從系統(tǒng)堆中申請分配這段內(nèi)存空間，當(dāng)不需要使用該線程時，調(diào)用 rt_thread_delete()函數(shù)就會將這段申請的內(nèi)存空間重新釋放到內(nèi)存堆中。

這兩種方式各有利弊，靜態(tài)定義方式會占用 RW/ZI 空間，但是不需要動態(tài)分配內(nèi)存，運(yùn)行時效率較高，實(shí)時性較好。動態(tài)方式不會占用額外的 RW/ZI 空間，占用空間小，但是運(yùn)行時需要動態(tài)分配內(nèi)存，效率沒有靜態(tài)方式高。

總的來說，這兩種方式就是空間和時間效率的平衡，可以根據(jù)實(shí)際環(huán)境需求選擇采用具體的分配方式。就像C編程中，何時使用動態(tài)空間，何時使用靜態(tài)空間，也需要根據(jù)實(shí)際情況平衡選擇。