真正的RTOS,基本上没有做到进程,只是停留在多线程,因为多进程要解决很多问题,且需要硬件支持,这样就使得系统复杂了,从而就可能影响系统实时性。
线程之间是共享地址的,也就是说当前线程的地址相对于其它线程的地址是可见的,如果修改了地址的内容,其它线程是可以知道,并且能访问的。
int i = 1;
test()
{
sleep(10);
printf("%d",i);
}
int main()
{
create_task(test,...);
i++;
}
如果create_task对应的是创建线程的接口,则test输出2.
如果是创建进程的接口,则test输出1.
如果是多进程,main函数所在进程和test所在进程是不能相互访问彼此之间的变量的。
进程之间相互独立、隔离,一个进程的崩溃或错误操作不会影响其它进程。但无法直接访问全局变量,因为全局变量变成了进程范围内的全局变量了,这样进程之间的共享和通信就变得困难。
线程就是一段代码的执行体。
线程保护了“执行代码+执行环境”,执行环境就是“堆栈+寄存器”。
线程控制块(TCB)是acoral_thread_t。
typedef struct{
acoral_res_t res; //线程控制块是一种资源
unsigned char state;
...
}acoral_thread_t;
ACORAL_THREAD_EXIT为退出状态,意味着某个线程退出了,也就是说不会再参与调度,但此时该线程的资源,如线程控制块TCB、堆栈等资源还未释放,而RELEASE状态意味着可以释放这些资源。
typedef union{
int id;
int next_id;
}acoral_res_t;
由于线程控制块是一种资源,id表示线程的资源ID。
当某个资源空闲时,id的高16位表示该资源在资源池的编号,分配后表示该资源的ID。
next_id表示下一资源的ID,它是个空闲链表指针,指向下一个空闲的资源的编号,属于资源ID的一部分。
总之,res代表了线程的ID。
资源ID由资源类型Type和空闲内存池两部分组成。
采用了资源池的内存管理方式,资源池由结构acoral_pool_t定义。
若要创建某一新线程,将调用函数acoral_get_free_pool(),从空闲资源池中获取一空闲内存,并获取其ID号。将申请到的内存空间供该线程使用。
typedef struct {
void *base_adr; //这有两个作用,在为空闲的时候,它指向下一个pool,否则为它管理的资源的基地址
void *res_free; //指向下一空闲资源
int id;
unsigned int size;
unsigned int num;
unsigned int position;
unsigned int free_num;
acoral_pool_ctrl_t *ctrl;
acoral_list_t ctrl_list;
acoral_list_t free_list;
}acoral_pool_t;
空闲内存池ID由内存管理模块在初始化分配内存时,根据当前块数而定。
void acoral_res_sys_init()
{
acoral_pool_t *pool;
unsigned int i;
pool = &acoral_pools[0];
for(i=0; i<(ACORAL_MAX_POOLS-1); i++)
{
pool->base_adr = (void *)&acoral_pools[i+1]; //初始化时所有pool为空闲,故成员base_adr指向下一个pool
pool->id = i;
pool++;
}
pool->base_adr = (void *)0;
acoral_free_res_pool = &acoral_pools[0];//空闲资源池指针
}
//创建资源内存池
unsigned int acoral_create_pool(acoral_pool_ctr_t *pool_ctrl)
{
acoral_pool_t *pool;
if(pool_ctr->num >= pool_ctrl->max_pools)
{
return ACORAL_RES_MAX_POOL;
}
pool = acoral_get_free_pool();
if(pool == NULL)
return ACORAL_RES_NO_POOL;
pool->id = pool_ctrl->type << ACORAL_RES_TYPE_BIT | pool->id;
pool->size = pool_ctrl->size;
pool->num = pool_ctrl->num_per_pool;
pool->base_adr = (void *)acoral_malloc(pool_size * pool->num);
if(pool->base_adr == NULL)
return ACORAL_RES_NO_MEM;
pool->res_free = pool->base_adr;
pool->free_num = pool->num;
pool->ctrl = pool_ctrl;
acoral_pool_res_init(pool);
acoral_list_add2_tail(&pool->ctrl_list, pool_ctrl->pools);
acoral_list_add2_tail(&pool->free_list, pool_ctrl->free_pools);
pool_ctrl->num++;
return 0;
}
#define CFG_MAX_THREAD (40)
#definne ACORAL_MAX_PRIO_NUM ((CFG_MAX_THREAD +1) & 0xff) //41,总共有40个线程,有0~40共41个优先级
#define ACORAL_MINI_PRIO CFG_MAX_THREAD //最低优先级40
typedef enum{
ACORAL_INIT_PRIO, //init线程独有的0优先级
ACORAL_MAX_POOL, //系统允许的最高优先级
ACORAL_HARD_RT_PRIO_MAX, //硬实时任务最高优先级
ACORAL_HARD_RT_PRIO_MIN = ACORAL_HARD_RT_PRIO_MAX+CFG_HARD_RT_PRIO_NUM,
ACORAL_NOHARD_RT_PRIO_MAX, //非硬实时任务最高优先级
ACORAL_DAEMON_PRIO = ACORAL_MINI_PRIO-2,
ACORAL_NOHARD_RT_PRIO_MIN; //非硬实时任务最低优先级
ACORAL_IDLE_PRIO;
}PrioEnum;
优先级与数字成反比,数字越大,优先级越低。
aCoral的初始优先级为0,最高优先级是1,最小优先级是总的优先级数减1。
#define CFG_MEM2 1 //任意大小内存分配系统是否启用
#define CFG_MEM2_SIZE (1024000) //任意大小内存分配系统的大小,是从伙伴系统管理的内存中拿出一部分
#define CFG_MIN_STACK_SIZE (512) //线程最小拥有的字节数
acoral_list_t ready; //用于挂载全局就绪队列
acoral_list_t timeout; //超时阻塞
acoral_list_t waiting; //延时
acoral_list_t global_list; //全局线程列表
struct acoral_list{
struct acoral_list *next,*prev;
};
typedef struct acoral_list acoral_list_t;
这4个acoral_list_t成员用来将线程结构挂到相应链表队列上。
以就绪队列ready为例,当用户调用了acoral_rdy_thread或acoral_resume_thread接口时,就会将线程挂到就绪队列acoral_ready_queue上,这就是将就绪队列ready成员挂到这个链表上。
挂到相应链表队列上的方式与Linux类似,这种方式的优点是:可以用相同的数据处理方式来描述所有双向链表,不用再单独为各个链表编写各种函数。
aCoral是一个支持多核的RTOS,因此,在开发初期就得考虑线程数量的问题。
aCoral的就绪队列采用的是优先级链表,每个优先级是一个链表,相同的优先级的线程都挂在该链表上。
对于RTOS而言,几乎都是采用了基于优先级的抢占调度策略。
typedef struct{
unsigned int num; //就绪的线程数
unsigned int bitmap[PRIO_BITMAP_SIZE];//优先级位图,每一位对应一个优先级,为1表示这个优先级有就绪线程
acoral_list_t queue[ACORAL_MAX_PRIO_NUM]; //每一个优先级都有独立的队列
}acoral_rdy_queue_t;
#define PRIO_BITMAP_SIZE ((ACORAL_MAX_PRIO_NUM+31)/32)
就绪队列中的优先级位图的大小,目前等于2,优先级数目除以32向上取整。
每个变量从右到左每一位依次代表一个优先级。
aCoral采用私有就绪队列,也就是每个CPU有一个就绪队列。