线程

2015年5月28日 (四) 19:53的最后版本

[编辑] 线程

线程是程序中的一条独立的控制流，线程是SylixOS调度器进行任务调度的基本单位，每个线程都有一个独一无二的ID号、栈、线程控制块（TCB）。

为了管理线程，SylixOS会为每一个线程分配一个线程控制块，用于记录该线程的信息，如线程入口函数、线程优化级、线程名字、线程当前的堆栈指针等。

线程入口函数可以调用其它函数，函数内定义的局部变量将从它自己的栈里分配，所以不同的线程可以有相同的线程入口函数，但又独立运行。

线程栈可以由用户自己分配，也可以操作系统代为分配，线程栈的大小不应改过少（容易造成栈溢出），也不应该过大（造成浪费）。

线程ID在线程被创建时决定，是线程的标识符。

线程优先级和调度策略是SylixOS调度器进行任务调度的参数，SylixOS是一个实时操作系统（RTOS），始终运行一个优先级最高的就绪态任务。

[编辑] 线程的基本状态

线程的基本状态有如下几种：

1. 初始化创建线程过程中线程的状态

2. 就绪线程可以运行的状态

3. 等待线程需要等行某些事件而不能继续的状态

4. 僵死状态线程退出后处理的状态

[编辑] 线程优先级

线程优先级的范围处决于操作系统的配置，默认是0~255，0是最高优先级，255是最低优先级:

#define LW_PRIO_HIGHEST         0                                       /*  SylixOS 最高优先级          */
#define LW_PRIO_LOWEST          255                                     /*  SylixOS 最低优先级          */

/*********************************************************************************************************
  优先级 (一般应用的最高优先级不能高于 LW_PRIO_CRITICAL 最低不能低过 LW_PRIO_LOW)
*********************************************************************************************************/

#define LW_PRIO_EXTREME         LW_PRIO_HIGHEST                         /*  最高优先级                  */
#define LW_PRIO_CRITICAL        50                                      /*  关键处理任务                */
#define LW_PRIO_REALTIME        100                                     /*  实时处理任务                */
#define LW_PRIO_HIGH            150                                     /*  高优先级任务                */
#define LW_PRIO_NORMAL          200                                     /*  正常优先级                  */
#define LW_PRIO_LOW             250                                     /*  低优先级                    */
#define LW_PRIO_IDLE            LW_PRIO_LOWEST                          /*  最低优先级                  */

[编辑] 线程调度策略

SylixOS支持同优先级线程，同优先级线程的调度策略取决于当前线程的调度策略，如果当前线程的调度策略为先来先服务（FIFO），

那么必须等当前线程的阻塞时，同优先级的其它线程才有机会运行；如果当前线程的调度策略为轮转（RR），

则当当前线程的时间片用完时或当前线程的阻塞时，同优先级的其它线程才有机会运行。

#define  LW_OPTION_SCHED_FIFO                           0x01            /*  调度器 FIFO                 */
#define  LW_OPTION_SCHED_RR                             0x00            /*  调度器 RR                   */

[编辑] 线程相关 API

SylixOS 提供了一套 POSIX 线程 API，其接口定义和行为完全符合 POSIX 线程标准，方便了现有 POSIX 程序移植到 SylixOS 上，

关于 POSIX 线程的编程，市面上有很多书籍，网上也已经有很多资料，这里不再详述，POSIX 线程的编程可以参考这篇文章 https://computing.llnl.gov/tutorials/pthreads/

SylixOS 系统内部线程 API 的命名一般以 API_Thread 开始，API 的声明位于 libsylixos/SylixOS/kernel/include/k_api.h 文件，

为了适应不同语言习惯的人，也提供了一套以 Lw_ 开头的 API，请查看 libsylixos/SylixOS/api 目录下的头文件。

[编辑] 内部线程 API 相关的数据类型

线程句柄  LW_OBJECT_HANDLE
线程 ID   LW_OBJECT_ID
线程属性  LW_CLASS_THREADATTR，*PLW_CLASS_THREADATTR
线程函数  PTHREAD_START_ROUTINE

其中线程函数 PTHREAD_START_ROUTINE 的类型需要理解，它被定义为如下的函数指针：

typedef PVOID       (*PTHREAD_START_ROUTINE)(PVOID pvArg);              /*  系统线程类型定义            */

所以线程函数一般形如：

PVOID  thread_func (PVOID pvArg)
{
   // do thing...
   return  NULL;
}

[编辑] 一分钟实验

#include <SylixOS.h> // 包含 SylixOS.h 头文件

/*
 * 测试用线程函数
 */
PVOID  TestThread (PVOID  pvArg)
{
	while (1) {
		printf("hello in thread\n");
		sleep(1);
	}
}

LW_OBJECT_HANDLE  hThread; // 定义线程句柄
 
hThread = API_ThreadCreate("t_test", TestThread, NULL, NULL); // 创建一个名为 t_test 的线程，线程函数为 TestThread，使用默认的线程属性，不接收线程 ID

@@ 第1行： / 第1行： @@
-==线程知识==
+==线程==
+:线程是程序中的一条独立的控制流，线程是SylixOS调度器进行任务调度的基本单位，每个线程都有一个独一无二的ID号、栈、线程控制块（TCB）。
-===基本概念===
+为了管理线程，SylixOS会为每一个线程分配一个线程控制块，用于记录该线程的信息，如线程入口函数、线程优化级、线程名字、线程当前的堆栈指针等。
-:一般来说，我们把正在计算机中执行的程序叫做“进程”（Process） ，而不将其称为程序（Program）。所谓“线程”（Thread），是“进程”中某个单一顺序的控制流。
+:线程入口函数可以调用其它函数，函数内定义的局部变量将从它自己的栈里分配，所以不同的线程可以有相同的线程入口函数，但又独立运行。
-:新兴的操作系统，大多采用多线程的概念，把线程视为基本执行单位，也是操作系统进行任务调度的基本单位。
+:线程栈可以由用户自己分配，也可以操作系统代为分配，线程栈的大小不应改过少（容易造成栈溢出），也不应该过大（造成浪费）。
-===发展历史===
+:线程ID在线程被创建时决定，是线程的标识符。
-:60年代，在操作系统中能拥有资源和独立运行的基本单位是进程，然而随着计算机技术的发展，进程出现了很多弊端，一是由于进程是资源拥有者，
+:线程优先级和调度策略是SylixOS调度器进行任务调度的参数，SylixOS是一个实时操作系统（RTOS），始终运行一个优先级最高的就绪态任务。
-创建、撤消与切换存在较大的时空开销，因此需要引入线程；二是由于对称多处理器（SMP）出现，可以并行地运行多个执行单位，而多个进程并行开销过大。
+==线程的基本状态==
+:线程的基本状态有如下几种：
-因此在80年代，出现了能独立运行的基本单位——线程（Thread）。
+:1. 初始化          创建线程过程中线程的状态
+:2. 就绪            线程可以运行的状态
+:3. 等待            线程需要等行某些事件而不能继续的状态
+:4. 僵死状态        线程退出后处理的状态
-===工作原理===
+==线程优先级==
+:线程优先级的范围处决于操作系统的配置，默认是0~255，0是最高优先级，255是最低优先级:
-:线程是进程中的实体，一个进程可以拥有多个线程，一个线程必须有一个父进程。线程不拥有系统资源，只有拥有一些必须的数据结构；它与父进程的其它线程共享
+ #define LW_PRIO_HIGHEST         0                                       /*  SylixOS 最高优先级          */
+ #define LW_PRIO_LOWEST          255                                     /*  SylixOS 最低优先级          */
+ /*********************************************************************************************************
+   优先级 (一般应用的最高优先级不能高于 LW_PRIO_CRITICAL 最低不能低过 LW_PRIO_LOW)
+ *********************************************************************************************************/
+ #define LW_PRIO_EXTREME         LW_PRIO_HIGHEST                         /*  最高优先级                  */
+ #define LW_PRIO_CRITICAL        50                                      /*  关键处理任务                */
+ #define LW_PRIO_REALTIME        100                                     /*  实时处理任务                */
+ #define LW_PRIO_HIGH            150                                     /*  高优先级任务                */
+ #define LW_PRIO_NORMAL          200                                     /*  正常优先级                  */
+ #define LW_PRIO_LOW             250                                     /*  低优先级                    */
+ #define LW_PRIO_IDLE            LW_PRIO_LOWEST                          /*  最低优先级                  */
-该进程所拥有的全部资源。进程可以创建和撤消线程，从而实现程序的并发执行。
+==线程调度策略==
+:SylixOS支持同优先级线程，同优先级线程的调度策略取决于当前线程的调度策略，如果当前线程的调度策略为先来先服务（FIFO），
-:就象进程一样，线程在程序中是独立的、并发的执行路径，每个线程有它自己的堆栈、自己的程序计数器和自己的局部变量。但是，与分隔的进程相比，
+那么必须等当前线程的阻塞时，同优先级的其它线程才有机会运行；如果当前线程的调度策略为轮转（RR），
-进程中的线程之间的隔离程度要小，它们共享内存、文件句柄等。
+则当当前线程的时间片用完时或当前线程的阻塞时，同优先级的其它线程才有机会运行。
-:进程可以支持多个线程，它们看似同时执行，但互相之间并不同步。一个进程中的多个线程共享相同的内存地址空间，这就意味着它们可以访问相同的变量和对象，
+ #define  LW_OPTION_SCHED_FIFO                           0x01            /*  调度器 FIFO                 */
+ #define  LW_OPTION_SCHED_RR                             0x00            /*  调度器 RR                   */
-而且它们从同一堆中分配对象。尽管这让线程之间共享信息变得更容易，但您必须小心，确保它们不会妨碍同一进程里的其它线程。
+==线程相关 API==
+:SylixOS 提供了一套 POSIX 线程 API，其接口定义和行为完全符合 POSIX 线程标准，方便了现有 POSIX 程序移植到 SylixOS 上，
-:一般，线程具有就绪、阻塞和运行三种基本状态。
+关于 POSIX 线程的编程，市面上有很多书籍，网上也已经有很多资料，这里不再详述，POSIX 线程的编程可以参考这篇文章 https://computing.llnl.gov/tutorials/pthreads/
-:在对称多处理器（SMP)的系统里，不同线程可以同时在不同的处理器上运行，甚至当它们属于同一个进程时也是如此。大多数支持多处理器的操作系统都提供编程接口
+:SylixOS 系统内部线程 API 的命名一般以 API_Thread 开始，API 的声明位于 libsylixos/SylixOS/kernel/include/k_api.h 文件，
-来让进程可以控制自己的线程与各处理器之间的亲和度（affinity）。
+为了适应不同语言习惯的人，也提供了一套以 Lw_ 开头的 API，请查看 libsylixos/SylixOS/api 目录下的头文件。
-===相关概念===
+==内部线程 API 相关的数据类型==
-===优势===
+ 线程句柄  LW_OBJECT_HANDLE
+ 线程 ID   LW_OBJECT_ID
+ 线程属性  LW_CLASS_THREADATTR，*PLW_CLASS_THREADATTR
+ 线程函数  PTHREAD_START_ROUTINE
-===与进程的比较===
+:其中 线程函数 PTHREAD_START_ROUTINE 的类型需要理解，它被定义为如下的函数指针：
+ typedef PVOID       (*PTHREAD_START_ROUTINE)(PVOID pvArg);              /*  系统线程类型定义            */
-:进程是资源分配的基本单位。所有与该进程有关的资源，都被记录在进程控制块（PCB）中。以表示该进程拥有这些资源或正在使用它们。
+:所以线程函数一般形如：
+ PVOID  thread_func (PVOID pvArg)
+ {
+    // do thing...
+    return  NULL;
+ }
-另外，进程拥有一个完整的虚拟地址空间。
+==一分钟实验==
-:与进程相对应，线程与资源分配无关，它属于某一个进程，并与进程内的其他线程一起共享进程的资源。当进程发生调度时，
+ #include <SylixOS.h> // 包含 SylixOS.h 头文件
-不同的进程拥有不同的虚拟地址空间，而同一进程内的不同线程共享同一地址空间。
+ /*
+  * 测试用线程函数
-:线程只由相关堆栈（系统栈或用户栈）寄存器和线程控制块（TCB）组成。寄存器可被用来存储线程内的局部变量，但不能存储其他线程的相关变量。
+  */
+ PVOID  TestThread (PVOID  pvArg)
-:进程切换时涉及到有关资源指针的保存以及地址空间的变化等问题；线程切换时，由于同不进程内的线程共享资源和地址空间，
+ {
+ 	while (1) {
-将不涉及资源信息的保存和地址空间变化的问题，从而减少了操作系统的开销时间。
+ 		printf("hello in thread\n");
+ 		sleep(1);
-===适用范围===
+ 	}
+ }
-:典型的应用：
-:1. 服务器中的文件管理或通信控制
+ LW_OBJECT_HANDLE  hThread; // 定义线程句柄
-:2. 前后台处理
-:3. 异步处理
+ hThread = API_ThreadCreate("t_test", TestThread, NULL, NULL); // 创建一个名为 t_test 的线程，线程函数为 TestThread，使用默认的线程属性，不接收线程 ID
-===基本操作===
-:*创建（Create）：线程在进程内创建出来，它可由进程创建，也可由线程创建。
-:*阻塞（Block）：如果一个线程在执行过程中需要等待某个事件发生，则被阻塞。
-:*激活（unblock）：如果阻塞线程的事件发生，则该线程被激活并进入就绪队列。
-:*调度（schedule）：选择一个就绪线程进入执行状态。
-:*结束（Finish）：如果一个线程执行结束，它的寄存器上下文以及堆栈内容等将被释放。
-:*线程的另一个执行特性是同步。线程中所使用的同步控制机制与进程中所使用的同步控制机制相同。

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