线程池管理及FreeRTOS示例

luoqice

已于 2025-04-10 11:14:25 修改

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分类专栏： esp32 文章标签：算法开发语言

于 2025-04-10 11:08:24 首次发布

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线程池管理概念

线程池管理是一种多线程处理技术，它预先创建并维护一组线程（在FreeRTOS中称为任务），当有任务需要执行时，从池中取出空闲线程来执行，执行完成后线程返回池中等待下一次任务，而不是销毁线程。

FreeRTOS线程池管理特点

任务替代线程：FreeRTOS使用任务(task)而非线程(thread)
静态或动态创建：可以静态或动态方式创建任务池
队列管理：使用FreeRTOS队列进行任务调度
优先级管理：每个任务可以设置不同优先级

FreeRTOS线程池示例程序

以下是一个基于FreeRTOS的简单线程池管理示例：

#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"
#include "queue.h"
#include "timers.h"

#define POOL_SIZE 3       // 线程池大小
#define QUEUE_LENGTH 10   // 任务队列长度

// 任务函数原型
typedef void (*TaskFunction_t)(void *);

// 任务结构体
typedef struct {
    TaskFunction_t function;  // 任务函数
    void *params;             // 任务参数
} ThreadPoolTask_t;

// 线程池结构体
typedef struct {
    TaskHandle_t tasks[POOL_SIZE];    // 任务句柄数组
    QueueHandle_t taskQueue;          // 任务队列
} ThreadPool_t;

// 工作线程函数
void workerTask(void *pvParameters) {
    ThreadPool_t *pool = (ThreadPool_t *)pvParameters;
    ThreadPoolTask_t task;
    
    for (;;) {
        // 从队列中获取任务
        if (xQueueReceive(pool->taskQueue, &task, portMAX_DELAY) == pdPASS) {
            // 执行任务
            task.function(task.params);
        }
    }
}

// 初始化线程池
void threadPoolInit(ThreadPool_t *pool) {
    // 创建任务队列
    pool->taskQueue = xQueueCreate(QUEUE_LENGTH, sizeof(ThreadPoolTask_t));
    
    // 创建工作线程
    for (int i = 0; i < POOL_SIZE; i++) {
        xTaskCreate(workerTask, "Worker", configMINIMAL_STACK_SIZE, pool, tskIDLE_PRIORITY + 1, &pool->tasks[i]);
    }
}

// 添加任务到线程池
BaseType_t threadPoolAddTask(ThreadPool_t *pool, TaskFunction_t function, void *params) {
    ThreadPoolTask_t task = {
        .function = function,
        .params = params
    };
    
    return xQueueSend(pool->taskQueue, &task, 0);
}

// 示例任务1
void exampleTask1(void *params) {
    int *value = (int *)params;
    printf("Task 1 processing value: %d\n", *value);
    vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(100)); // 模拟工作
}

// 示例任务2
void exampleTask2(void *params) {
    char *text = (char *)params;
    printf("Task 2 processing text: %s\n", text);
    vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(200)); // 模拟工作
}

void app_main() {
    ThreadPool_t pool;
    
    // 初始化线程池
    threadPoolInit(&pool);
    
    // 添加一些任务
    int value1 = 42;
    threadPoolAddTask(&pool, exampleTask1, &value1);
    
    char text[] = "Hello FreeRTOS";
    threadPoolAddTask(&pool, exampleTask2, text);
    
    int value2 = 100;
    threadPoolAddTask(&pool, exampleTask1, &value2);
    
    // 让任务有时间执行
    vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000));
}

示例说明

线程池结构：包含一个任务队列和一组工作线程(任务)
任务添加：通过threadPoolAddTask函数将任务添加到队列
工作线程：每个工作线程从队列中获取任务并执行
任务执行：示例中包含两个简单的任务函数

实际应用中的考虑

任务优先级：可以根据需要调整工作线程的优先级
队列满处理：添加任务时可能需要处理队列满的情况
资源清理：在不需要线程池时，需要正确删除任务和队列
错误处理：添加适当的错误检查和处理机制

这个示例展示了FreeRTOS中线程池管理的基本概念，可以根据实际需求进行扩展和优化。

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-----------以下是基于FreeRTOS线程池管理的流程图，使用Mermaid语法表示：---------------

graph TD
    A[开始] --> B[初始化线程池]
    B --> C[创建工作队列]
    C --> D[创建工作线程1..N]
    
    D --> E[线程池就绪]
    
    E --> F{有新任务?}
    F -->|是| G[添加任务到队列]
    G --> H[队列是否满?]
    H -->|否| I[任务入队成功]
    H -->|是| J[执行拒绝策略]
    
    F -->|否| K[继续等待]
    
    subgraph 工作线程处理流程
        L[工作线程1..N] --> M{队列有任务?}
        M -->|是| N[取出任务]
        N --> O[执行任务]
        O --> P[任务完成]
        P --> M
        M -->|否| Q[等待新任务]
        Q --> M
    end
    
    I --> M
    K --> M