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rt-thread 那些你必须知道的几类 api

发布于 2021-12-07 14:51:18 浏览：3820 订阅该版

[tocm]

## 前言

多任务系统，线程和中断是两个竞争关系的各自独立的实体。很多 api 是禁止在中断中调用的。
和线程运行息息相关的函数，要求必须在任务调度运行起来以后才能使用。
以及，一些 api 被设计出来是用来在某线程操作另外一个线程，是不可以某线程针对自己使用的。
今天就说说哪些 api 禁止在中断中调用、哪些必须在任务调度器运行以后才能使用、哪些不能线程用在自己身上。

### 禁止在中断调用的 api 列表

内存堆操作类
```
rt_system_heap_init
rt_malloc
rt_realloc
rt_free
```

内存池类
```
rt_mp_create
rt_mp_delete
rt_mp_alloc
```

内核对象类
```
rt_object_allocate
rt_object_find
```

idle 线程
```
rt_defunct_execute
```

ipc 同步和消息机制类
```
rt_sem_create
rt_sem_delete
rt_mutex_create
rt_mutex_trytake
rt_mutex_delete
rt_event_create
rt_event_delete
rt_mb_create
rt_mb_delete
rt_mq_create
rt_mq_delete
```

完成量
```
rt_completion_wait
```

队列类
```
rt_wqueue_wait
rt_data_queue_push
rt_data_queue_pop
```

延时
```
rt_thread_sleep
rt_thread_delay
rt_thread_delay_until
rt_thread_mdelay
```

> *注：源码中摘录，并无理论考证，更无实际验证*

所有被禁止在中断中调用的函数都有个相似的特征 —— 它可能是阻塞的，导致中断无法短时间内返回；或者它想调用可能发生阻塞的 api 。
任何引用了他们的函数也被带跑了，不能在中断中使用。

#### RT_DEBUG_NOT_IN_INTERRUPT 调试宏定义

rt-thread 定义了一个宏，当我们开启调试的时候，它可以帮我检查当前函数是否被中断调用了。其实现如下：
```
#define RT_DEBUG_NOT_IN_INTERRUPT                                             \
do                                                                            \
{                                                                             \
    rt_base_t level;                                                          \
    level = rt_hw_interrupt_disable();                                        \
    if (rt_interrupt_get_nest() != 0)                                         \
    {                                                                         \
        rt_kprintf("Function[%s] shall not be used in ISR\n", __FUNCTION__);  \
        RT_ASSERT(0)                                                          \
    }                                                                         \
    rt_hw_interrupt_enable(level);                                            \
}                                                                             \
while (0)
```

当你在源码里看见某个函数体中有一行

#### 引用 RT_DEBUG_NOT_IN_INTERRUPT 调试宏的几点问题

1. rt-thread 中有多处引用了这个宏，上面函数列表里绝大部分有；
2. 有一些没有，比如 memheap.c 文件中的 `rt_memheap_alloc` `rt_memheap_realloc` 等操作。
3. 仔细查看引用了 `RT_DEBUG_NOT_IN_INTERRUPT` 的所有函数，有部分使用宏的地方真让人揪心，以 `rt_defunct_execute` 函数为例：
    ```
    static void rt_defunct_execute(void)
    {
        // Loop until there is no dead thread. 
        // So one call to rt_defunct_execute
        // will do all the cleanups. */
        while (1)
        {
            register rt_base_t level;
            rt_thread_t thread;
            void (*cleanup)(struct rt_thread *tid);

#ifdef RT_USING_MODULE
            struct rt_dlmodule *module = RT_NULL;
    #endif
            RT_DEBUG_NOT_IN_INTERRUPT;          // <<--
    ```
    为什么放 while 里？不是 while 之前？不应该放到函数开头醒目的地方吗？有人反驳了啊，放哪儿不一样，放哪也是一行代码的事儿！
     > RT_DEBUG_IN_THREAD_CONTEXT 也有用样的使用不当，放到某个判断内部，而不是函数开头就引用。
4. 那么我还有个疑问：这是 idle 线程的内部调用的局部函数，会被中断调用了？！谁有权限在中断里引用它？！**`rt_defunct_execute` 函数应该从上面的列表里删除掉**，这个笔者已经在 github 上 pr 修改过了

### 必须在线程上下文调用的 api 列表

信号
```
rt_signal_wait
```

ipc 同步和消息机制
```
rt_sem_take
rt_mutex_take
rt_mutex_release
rt_event_recv
rt_mb_send_wait
rt_mb_recv
rt_mq_send_wait
rt_mq_recv
```

线程操作类
```
rt_thread_detach
rt_thread_delete
rt_thread_yield
rt_thread_delay
rt_thread_delay_until
rt_thread_mdelay
rt_thread_suspend
rt_thread_resume
```

其它
```
rt_tick_get
rt_enter_critical
rt_exit_critical
```

可以这么说，任务调度器启动前，只允许 init/create/startup 某线程。
虽然，没有发现有谁在任务调度器启动前调用 `rt_thread_suspend` ，但是，有一大批人想使用 `rt_thread_mdelay` 几个延时函数。以上这几个函数开头都应该添加 `RT_DEBUG_IN_THREAD_CONTEXT` 检测，在源码中用于明示此 api 的使用限制。

#### RT_DEBUG_IN_THREAD_CONTEXT 调试宏定义

首先，贴出来它的定义
```
#define RT_DEBUG_IN_THREAD_CONTEXT                                            \
    RT_DEBUG_NOT_IN_INTERRUPT;                                                \
do                                                                            \
{                                                                             \
    rt_base_t level;                                                          \
    level = rt_hw_interrupt_disable();                                        \
    if (rt_thread_self() == RT_NULL)                                          \
    {                                                                         \
        rt_kprintf("Function[%s] shall not be used before scheduler start\n", \
                   __FUNCTION__);                                             \
        RT_ASSERT(0)                                                          \
    }                                                                         \
    rt_hw_interrupt_enable(level);                                            \
}                                                                             \
while (0)
#else
#define RT_DEBUG_NOT_IN_INTERRUPT
#define RT_DEBUG_IN_THREAD_CONTEXT
#endif
```

> 注：此定义代码略有改动。

在线程上下文调用的函数有两个特征：
1. 不能在中断中调用。
2. 不能在任务调度器启动前调用，必须线程启动后，被线程入口函数调用。

因此，函数体中添加了此宏引用的函数，也不能在中断响应过程中被调用。
> 鉴于此，本篇开头的***“禁止在中断调用的 api 列表” 需要进行扩充，添加上 “必须在线程上下文调用的 api 列表” 中的所有 api***。

### 不能用在线程自己身上的 api

首先，这类 api 有个特征，那就是形参有个 rt_thread_t 类型参数。
```
rt_thread_detach
rt_thread_delete
```
这俩不多说，一个针对静态线程对象，一个针对动态线程对象。作用均是退出线程、清理线程。当前线程退出可以直接从 while 循环里跳出来，从线程入口函数 return 就可以。

`rt_thread_startup` 当一个线程正在运行的时候，它自己再 startup 自己是不是就很诡异了。

`rt_thread_resume` 线程挂起由得自己，唤醒就由不得自己了。

`rt_thread_control` 控制某线程的动作可能有：改变优先级、启动线程、关闭线程、以及多核cpu上绑定线程到某 cpu。某线程偷偷修改自己的运行优先级也说得过去；自己想换个 cpu 核心做依靠，看似也可以，但是，知道当前核的感受吗？有 cpu 资源可用已经不错了，不是吗？
因此，这个 api 只能用来修改自己的优先级。

> 特别的，目前 rt-thread 只支持当前线程自己主动 suspend ，然后等待中断或者其它线程 resume 它。而且，仅限于定时、线程间同步和通信机制里使用。不支持 A 线程 suspend B 线程，然后某个时机再 resume B。不支持 `rt_thread_suspend` `rt_thread_resume` 直接调用。
   虽然 `rt_thread_detach` `rt_thread_delete` 用来退出线程，但是，不了解线程运行机制，千万别随意使用这俩函数退出其它线程。如果有需要，使用消息机制让现在自己跳出线程入口函数的 while 循环，自己从线程入口函数返回，这样更安全可靠。

## 结束

今天就这些了，明天继续。
感谢您的阅读，欢迎各位提出意见，对文中的不当之处不吝赐教。