RT-Thread 操作系统 之线程管理、时钟管理

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一、线程管理

RT-Thread是支持多任务的操作系统，多任务是通过多线程的方式实现。线程是任务的载体，是RTT中最基本的调度单位。
线程在运行的时候，它自己会认为独占CPU运行
线程执行时的运行环境称为上下文，具体来说就是各个变量和数据，包括所有的寄存器变量、堆栈、内存信息等。

1.1、线程管理特点

RT-Thread 线程管理的主要功能是对线程进行管理和调度，系统中总共存在两类线程，分别是系统线程和用户线程，系统线程是由 RT-Thread 内核创建的线程，用户线程是由应用程序创建的线程，这两类线
程都会从内核对象容器中分配线程对象，当线程被删除时，也会被从对象容器中删除。
RT-Thread 的线程调度器是抢占式的，主要的工作就是从就绪线程列表中查找最高优先级线程，保证最高优先级的线程能够被运行，最高优先级的任务一旦就绪，总能得到 CPU 的使用权。
当调度器调度线程切换时，先将当前线程上下文保存起来，当再切回到这个线程时，线程调度器将该线程的上下文信息恢复。

1.2、线程工作机制

1.2.1、线程控制块

线程控制块由结构体 struct rt_thread 表示，线程控制块是操作系统用于管理线程的一个数据结构，它会存放线程的一些信息，例如优先级、线程名称、线程状态等，也包含线程与线程之间连接用的链表结构，线程等待事件集合等。

struct rt_thread
{
   
    /* rt object */
    char        name[RT_NAME_MAX];       /**< the name of thread */
    rt_uint8_t  type;               /**< type of object */
    rt_uint8_t  flags;               /**< thread's flags */

    rt_list_t   list;                    /**< the object list */
    rt_list_t   tlist;                   /**< the thread list */

    /* stack point and entry */
    void       *sp;                     /**< stack point 栈指针*/  
    void       *entry;                 /**< entry */
    void       *parameter;          /**< parameter */
    void       *stack_addr;         /**< stack address point 栈地址指针*/
    rt_uint32_t stack_size;       /**< stack size */

    /* error code */
    rt_err_t    error;                   /**< error code */

    rt_uint8_t  stat;                    /**< thread status 线程状态*/

    /* priority */
    rt_uint8_t  current_priority;        /**< current priority */
    rt_uint8_t  init_priority;           /**< initialized priority */

    rt_uint32_t number_mask;

    ...

    rt_ubase_t  init_tick;                          /**< thread's initialized tick */
    rt_ubase_t  remaining_tick;                /**< remaining tick */

    struct rt_timer thread_timer;              /**< built-in thread timer */

    void (*cleanup)(struct rt_thread *tid);    /**< cleanup function when thread exit */

    rt_uint32_t user_data;                          /**< private user data beyond this thread */
};

注：cleanup函数指针指向的函数，会在线程退出的时候，被idle线程回调一次，执行用户设置的清理现场等工作。

1.2.2、线程属性

☐ 线程栈
RT-Thread 线程具有独立的栈，当进行线程切换时，会将当前线程的上下文存在栈中，当线程要恢复运行时，再从栈中读取上下文信息，进行恢复。
☐ 线程状态

☐ 线程优先级
RT-Thread 最大支持 256 个线程优先级 (0~255)，数值越小的优先级越高，0 为最高优先级。在一些资源比较紧张的系统中，可以根据实际情况选择只支持 8 个或 32 个优先级的系统配置；对于 ARM Cortex-M系列，普遍采用 32 个优先级。最低优先级默认分配给空闲线程使用，用户一般不使用。在系统中，当有比当前线程优先级更高的线程就绪时，当前线程将立刻被换出，高优先级线程抢占处理器运行
☐ 时间片
每个线程都有时间片这个参数，但时间片仅对优先级相同的就绪态线程有效。
注意：
作为一个实时系统，一个优先级明确的实时系统，如果一个线程中的程序陷入了死循环操作，那么比它优先级低的线程都将不能够得到执行。所以在实时操作系统中必须注意的一点就是：线程中不能陷入死循环操作，必须要有让出 CPU使用权的动作，如循环中调用延时函数或者主动挂起。

1.2.3、线程状态之间切换

注：就绪状态和运行状态是等同的

1.2.4、系统线程

RT-Thread 内核中的系统线程有空闲线程和主线程。

1.3、线程相关操作

线程相关的操作包括：创建/初始化、启动、运行、删除/脱离。
动态线程与静态线程的区别是：动态线程是系统自动从动态内存堆上分配栈空间与线程句柄（初始化 heap 之后才能使用 create 创建动态线程），静态线程是由用户分配栈空间与线程句柄。

1.3.1、创建和删除线程

/**
 * This function will create a thread object and allocate thread object memory
 * and stack.
 *
 * @param name the name of thread, which shall be unique
 * @param entry the entry function of thread
 * @param parameter the parameter of thread enter function
 * @param stack_size the size of thread stack
 * @param priority the priority of thread
 * @param tick the time slice if there are same priority thread
 *
 * @return the created thread object
 */
rt_thread_t rt_thread_create(const char *name,
                             void (*entry)(void *parameter),
                             void       *parameter,