RT-Thread学习笔记 --（4）RT-Thread多线程学习总结

RT-Thread多线程学习总结

多线程是实时操作系统里面最重要的知识点之一，要学习RTOS，多线程是必须（没错，是必须）要熟练掌握的内容，只有熟练掌握多线程的使用，才能在平时的项目工作里面用好实时操作系统。

关于多线程的使用和管理，RT-Thread官方提供了比较丰富的文档作为参考，具体可以查看以下链接：https://www.rt-thread.org/document/site/programming-manual/thread/thread/

本文是对RT-Thread多线程学习后的总结，并尝试从如图所示的以下几个方面进行总结。

 

什么是多线程？

在单片机上学习RT-Thread的多线程之前，要先把“进程”这个概念先放一边，因为单片机是没有多进程概念的。单片机运行操作系统，不管多少个任务，他们都是多个（或单个）线程之间进行处理这些任务，单片机一般不涉及多进程。

什么是多线程？在哪些情况下要用到多线程？先来举一个音乐播放器的例子，这个音乐播放器要做以下这些基本的工作：读取音乐文件并播放、读取歌词并显示、读取MV文件并播放。

如果这三个基本的工作不用多线程来完成，单片机使用裸机的方式去做这三个工作的话，必然会造成音乐播放卡顿，歌词显示不同步，MV视频播放与音乐不同步。

因为单片机做这三件事情的时候，是Step by Step的，必须完成一件事情之后，再去做下一件事情，这三件事情是有先后顺序的，并且不断循环重复，如下图所示。

而如果采用多线程这种方式来完成这个工作，这个过程就变得相对简单了，比如针对音乐播放器这个场景，可以设计这几个线程来处理：音乐文件读取线程，歌词文件读取线程，MV文件读取线程，音视频和歌词显示线程。

（此处只为举例描述多线程的概念，不考虑音视频编解码的复杂过程，不考虑线程同步，实际上音乐播放器的实现比此处描述更复杂）

音乐文件读取线程只负责从磁盘读取音乐文件，歌词文件读取线程和MV文件读取线程也是同样的道理，它们只做文件读取工作，而音视频和歌词显示线程，是负责把读取到的数据进行显示。这几个线程的工作过程，如下图所示。

如上图所示，这几个任务看上去是“同时”进行的，每个任务都只完成自己的事情，通过多线程，就可以把原本串行完成的任务改为并行完成，大大提高了工作效率。

所以，通俗地对多线程进行理解，就是把一个比较大型的任务，拆分为多个小型的任务，然后通过合理的调度方式，让这几个小型的任务“同时”运行，当这几个小型任务完成后，大型的任务也随之完成，这样可以大大提高任务的完成效率。

 

多线程的几种状态

对于运行RT-Thread操作系统，线程都处于以下五种状态的其中一种（初始状态、就绪状态、运行状态、挂起状态、关闭状态），通过调用操作系统提供的接口函数，可以让线程在这五种状态中进行来回切换。

关于这五种线程状态的描述，如下表所示：

 

多线程的API函数

如上图的状态机所示，多线程可以通过调用系统提供的函数接口，在多个状态之间进行切换。这些API函数在官方提供的参考文档里面都有详细的说明描述，以下列举一些比较常用的函数接口。

 

多线程的应用示例

多线程的应用示例，主要是为了验证以上的多线程API接口函数，并且通过实验现象观察多线程的运行情况，主要有以下三个示例：

示例源码下载链接：https://github.com/embediot/rtthread_study_notes

1、线程动态创建与静态创建、线程退出示例。

这个示例主要是通过动态方式创建线程1，,通过静态方式创建线程2，线程1的优先级比线程2的优先级低，因此可以被线程2抢占。线程2运行10次后就会主动退出，初始化代码如下图所示。

2、相同优先级线程的时间片轮转调度示例。

这个示例主要是通过动态方式创建线程1和线程2，这两个线程都是相同的优先级，并且共用一个线程入口函数，主要是通过传入不同的线程参数以区分线程1和线程2。线程2运行所占用的时间片比线程1要少，因此线程2运行的时间比较短，初始化代码如下图所示。

3、线程调度器的钩子函数使用示例。

这个示例主要测试了线程在进行调度时，关于钩子函数的调用情况。通过线程调度器的钩子函数，打印出线程间的切换信息，初始化的代码如下图所示。

 

多线程应用的注意事项

在使用RT-Thread实时操作系统进行多线程应用开发的时候，应该要注意以下事项：

1、RT-Thread的线程调度器是抢占式的，也就是能够保证就绪队列里面，最高优先级的任务总能获得CPU的使用权，在任务设计的时候，要充分考虑好任务的优先级。

2、在硬件中断服务程序运行期间，如果有高优先级的任务就绪，那么被中断的低优先级任务将被挂起，高优先级的任务将会获得CPU的使用权。

3、每个线程都有独立的线程栈，用来保存线程调度时上下文的信息，因此在创建线程分配栈空间的时候，要充分考虑栈的大小。

4、在线程的循环体里面，应该要设置某些条件，在必要的时候主动让出CPU的使用权，特别对于高优先级的线程，如果程序里面有死循环操作而又不主动让出CPU使用权，那么这个线程将会一直占用CPU，并且低优先级的线程永远不会被调度执行。

5、对于没有一直循环执行的线程，线程执行完毕后，资源的回收情况实际上是在空闲线程里面进行的，线程变为关闭状态后，不代表资源马上被回收。

6、系统空闲线程是最低优先级且永远为就绪状态的，空闲线程是一个死循环，永远不会被挂起，但可以被其他高优先级任务抢占，空闲线程主要执行僵尸线程的资源回收工作。

7、空闲线程也可以设置钩子函数，用来进行功耗管理，看门狗喂狗等工作。

8、通过动态方式创建的线程，需要设置好系统堆内存的大小，而通过静态方式创建的线程，线程栈和线程句柄在程序编译的时候就已经确定，不能被动态分配，也不能被释放。

9、大多数线程都是在不断循环执行的，无需进行删除，一般不推荐主动删除线程。线程运行完毕后，系统调度器将会自动把线程加入僵尸队列，资源回收工作将在空闲线程里面进行。