RT-Thread-RT thread源码分析——多线程机制的基石RT-Thread问答社区

RT thread源码分析——多线程机制的基石

发布于 2025-02-12 12:02:55 浏览：60 订阅该版

[tocm]

# 背景

以arm架构，单核cpu的系统板为例。
rt thread commit：9afe6a51826fb84de229de220dab2077aa5734b2

# 引入

RT thread的调度器模块其实没有挂起队列，只有就绪队列。如果RT thread只有thread，调度器，中断管理这三个模块，线程就不能阻塞，线程初始化完毕后要么处于就绪状态要么处于运行状态。
信号量，事件等机制会引入线程被阻塞的概念。多线程机制如同步的信号量，事件，互斥量等是依赖于挂起队列模块，上下文切换，临界区保护这三大部分。

# 上下文切换

上下文在代码里则是指CPU里所有寄存器的瞬时状态。

需要用汇编语言操作寄存器，上下文切换在`libcpu`目录下。

以arm为例，核心是保存寄存器到栈上，栈指针切换到另一个栈上。

注意这里也是有顺序的，CPU状态寄存器肯定要最后保存，而PC寄存器（r13）则第一个保存。这样再切换回来时，栈弹出时优先恢复CPU执行状态，最后加载PC，跳转回去。

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20250212/af7daeec583efaceab439bf4bcd130df.png.webp)

如果线程是第一个，调度时上下文从哪里加载？

```C++
    thread->sp = (void *)rt_hw_stack_init(thread->entry, thread->parameter,
                                          (rt_uint8_t *)((char *)thread->stack_addr + thread->stack_size - sizeof(rt_ubase_t)),
                                          (void *)_thread_exit);

rt_uint32_t *stk;

stack_addr += sizeof(rt_uint32_t);
    stack_addr  = (rt_uint8_t *)RT_ALIGN_DOWN((rt_uint32_t)stack_addr, 8);
    stk      = (rt_uint32_t *)stack_addr;
    *(--stk) = (rt_uint32_t)_thread_start;  /* entry point */
    *(--stk) = (rt_uint32_t)texit;          /* lr */
    *(--stk) = 0xdeadbeef;                  /* r12 */
    *(--stk) = 0xdeadbeef;                  /* r11 */
    *(--stk) = 0xdeadbeef;                  /* r10 */
    *(--stk) = 0xdeadbeef;                  /* r9 */
    *(--stk) = 0xdeadbeef;                  /* r8 */
    *(--stk) = 0xdeadbeef;                  /* r7 */
    *(--stk) = 0xdeadbeef;                  /* r6 */
    *(--stk) = 0xdeadbeef;                  /* r5 */
    *(--stk) = 0xdeadbeef;                  /* r4 */
    *(--stk) = 0xdeadbeef;                  /* r3 */
    *(--stk) = 0xdeadbeef;                  /* r2 */
    *(--stk) = (rt_uint32_t)tentry;         /* r1 : argument 2 for trampoline */
    *(--stk) = (rt_uint32_t)parameter;      /* r0 : argument 1 */
    /* cpsr */
    if ((rt_uint32_t)tentry & 0x01)
        *(--stk) = SVCMODE | 0x20;          /* thumb mode */
    else
        *(--stk) = SVCMODE;  
```

在创建线程时会在栈创建一个对应的初始帧，线程第一次被执行后，控制权跳到这个初始帧，再跳到函数入口。

# 挂起队列模块

当线程A不被调度时，调度器模块实际上只做了从调度队列移去线程A的操作。（调度器模块只有调度队列），那么线程A何去何从，又该在哪个队列里？
线程等待IPC对象时，线程会移入IPC对象的挂起队列。
IPC对象共用一套挂起线程的服务。这个服务主要由以下这组函数实现：

`rt_susp_list_dequeue`

`rt_susp_list_enqueue`

`rt_susp_list_resume_all`

`rt_thread_suspend_with_flag`

这里实现比较简单，不再赘述。

# 临界区保护

在单核系统内，保持共享数据的一致性方法有两类：

第一个是直接关闭中断。关闭了中断就没有线程被中断，切换到其他线程的可能。

`rt_hw_interrupt_enable`