嵌入式操作系统内核原理和开发(线程状态)
嵌入式操作系统内核原理和开发（线程状态）
从第一篇的 os 博客以来，谈了很多内容，有中断、切换、调度、内存、互斥和延时等等，但是线程的状态却没有涉及到，今天我们要好好说一说。说到线程的状态，按照一般的说法，主要包括就绪、延时、阻塞、阻塞超时四个状态。如果线程没有死亡的话，那么这几个状态也够用了，但是我们后来发现可能需要对某些线程进行挂起处理，这可能是出现了故障或者是为了调试使用。因此，除了上面的四个状态，我们还要补充对应的四个挂起状态，分别是挂起、延时挂起、阻塞挂起、阻塞延时挂起。
说到了线程状态，下面我们就看看常见的线程处理函数有哪些，无外乎线程创建、线程延时、线程挂起、线程恢复和线程删除等等。
[cpp] view plaincopy RAW_U16 raw_task_create(RAW_TASK_OBJ
*task_obj, RAW_U8
*task_name,
RAW_VOID
*task_arg,
RAW_U8
task_prio,
RAW_U16
time_slice,
PORT_STACK
*task_stack_base,
RAW_U32 stack_size, RAW_TASK_ENTRY task_entry, RAW_U8 auto_start)
{
#if (RAW_TASK_STACK_CHECK > 0)
PORT_STACK
*p_stack;
RAW_U32 i;
#endif
RAW_SR_ALLOC();
#if (RAW_TASK_FUNCTION_CHECK > 0)
if (task_obj == 0) {
return RAW_NULL_OBJECT;
}
if (task_prio >= CONFIG_RAW_PRIO_MAX) {
return RAW_BYOND_MAX_PRIORITY;
}
if (task_stack_base == 0) {
return RAW_NULL_POINTER;
}
if (task_entry == 0) {
return RAW_NULL_POINTER;
}
#endif
RAW_CRITICAL_ENTER();
if (task_prio == IDLE_PRIORITY) {
if (idle_task_exit) {
RAW_CRITICAL_EXIT();
return RAW_IDLE_EXIT;
}
idle_task_exit = 1;
}
RAW_CRITICAL_EXIT();
raw_memset(task_obj, 0, sizeof(RAW_TASK_OBJ));
#if (CONFIG_ROUND_ROBIN > 0)
if (time_slice) {
task_obj->time_total
= time_slice;
}
else
{
task_obj->time_total
= TIME_SLICE_DEFAULT;
}
task_obj->time_slice = task_obj->time_total;
#endif
if (auto_start)
task_obj->task_state = RAW_RDY;
else
task_obj->task_state = RAW_SUSPENDED;
#if (RAW_TASK_STACK_CHECK > 0)
task_obj->task_stack_base = task_stack_base;
p_stack = task_stack_base;
for (i = 0; i < stack_size; i++) {
*p_stack++ =0;
}
#endif
task_obj->task_stack
= port_stack_init(task_stack_base, stack_size, task_arg, task_entry);
task_obj->task_name
= task_name;
task_obj->priority
= task_prio;
task_create_hook(task_obj);
RAW_CRITICAL_ENTER();
#if (RAW_TASK_STACK_CHECK > 0)
task_obj->stack_size = stack_size;
list_insert(&task_head, &task_obj->stack_check_list);
#endif
if (auto_start) {
add_ready_list_end(&raw_ready_queue, task_obj);
}
if (raw_os_active !=
RAW_OS_RUNNING) {
/* Return if multitasking has not started
*/
RAW_CRITICAL_EXIT();
return RAW_OS_STOPPED;
}
RAW_CRITICAL_EXIT();
if (auto_start) {
raw_sched();
}
return RAW_SUCCESS;
}
创建线程的函数是比较复杂的，内容长一些，参数也多一些。首先看看有哪些参数，虽然很多，但是慢慢梳理一下也不难理解，有名称、参数、优先级、时间片、堆栈起始指针、堆栈大小、入口函数和标志。整个函数基本上都是赋值的过程，最重要的其实就两个部分，一个是 port_stack_init，另一个就是 add_ready_list_end。前者可以对堆栈进行默认处理，比如压入一些寄存器、压入函数参数、函数指针等等，后者就是把线程加入到就绪队列。
[cpp] view plaincopy RAW_U16
raw_sleep(RAW_U32
dly)
{
RAW_U16 error_status;
RAW_SR_ALLOC();
#if (RAW_TASK_FUNCTION_CHECK > 0)
if (raw_int_nesting) {
return RAW_NOT_CALLED_BY_ISR;
}
#endif
RAW_CRITICAL_ENTER();
if
(dly) {
/*system is locked so task can not sleep just return immediately*/
if (raw_sched_lock) {
RAW_CRITICAL_EXIT();
return RAW_SCHED_DISABLE;
}
raw_task_active->task_state = RAW_DLY;
tick_list_insert(raw_task_active, dly);
remove_ready_list(&raw_ready_queue, raw_task_active);
}
else {
/*make current task to the end of ready list*/
move_to_ready_list_end(&raw_ready_queue, raw_task_active);
}
RAW_CRITICAL_EXIT();
raw_sched();
if (dly) {
/*task is timeout after sleep*/
error_status = block_state_post_process(raw_task_active, 0);
}
else {
error_status = RAW_SUCCESS;
}
return error_status;
}
我们之前也介绍过系统的延时功能。延时，就是把线程暂时从就绪队列清除出来，添加到延时队列中。当然如果参数为0，那表示作者只是希望暂时释放 cpu 的使用权，如果此时没有同等优先级的任务，那么下一个运行的线程还是它自己。
[cpp] view plaincopy RAW_U16
raw_task_suspend(RAW_TASK_OBJ *task_ptr)
{
RAW_SR_ALLOC();
#if (RAW_TASK_FUNCTION_CHECK > 0)
if (task_ptr == 0) {
return RAW_NULL_OBJECT;
}
#endif
if (task_ptr->priority == IDLE_PRIORITY) {
return RAW_SUSPEND_TASK_NOT_ALLOWED;
}
RAW_CRITICAL_ENTER();
if (task_ptr == raw_task_active) {
if (raw_sched_lock) {
RAW_CRITICAL_EXIT();
return RAW_SCHED_LOCKED;
}
}
switch (task_ptr->task_state) {
case RAW_RDY:
task_ptr->task_state
=
RAW_SUSPENDED;
remove_ready_list(&raw_ready_queue, task_ptr);
break;
case RAW_DLY:
task_ptr->task_state
= RAW_DLY_SUSPENDED;
break;
case RAW_PEND:
task_ptr->task_state
= RAW_PEND_SUSPENDED;
break;
case RAW_PEND_TIMEOUT:
task_ptr->task_state
= RAW_PEND_TIMEOUT_SUSPENDED;
break;
case RAW_DLY_SUSPENDED:
case RAW_PEND_SUSPENDED:
case RAW_PEND_TIMEOUT_SUSPENDED:
RAW_CRITICAL_EXIT();
return RAW_SUSPENDED_AGAIN;
default:
#if (CONFIG_RAW_ASSERT > 0)
RAW_ASSERT(0);
#endif
RAW_CRITICAL_EXIT();
return
RAW_STATE_UNKNOWN;
}
RAW_CRITICAL_EXIT();
raw_sched();
return RAW_SUCCESS;
}
挂起任务的动作其实是比较残暴的，因为此时你不知道线程处于什么状态。当然任务如果已经被挂起了，那什么也不用做了，否则就需要把任务修改为对应的挂起状态就可以了。当然如果任务是就绪态的，还得把任务清除处理来。在函数结束的时候，我们需要重新进行调度，因为很有可能当前最高优先级的线程已经发生了改变。
[cpp] view plaincopy RAW_U16
raw_task_resume(RAW_TASK_OBJ *task_ptr)
{
RAW_SR_ALLOC();
#if (RAW_TASK_FUNCTION_CHECK > 0)
if (task_ptr == 0) {
return RAW_NULL_OBJECT;
}
#endif
RAW_CRITICAL_ENTER();
switch (task_ptr->task_state) {
case RAW_RDY:
case RAW_DLY:
case RAW_PEND:
case RAW_PEND_TIMEOUT:
RAW_CRITICAL_EXIT();
return HAS_NOT_SUSPENDED;
case RAW_SUSPENDED:
task_ptr->task_state = RAW_RDY;
add_ready_list(&raw_ready_queue, task_ptr);
break;
case RAW_DLY_SUSPENDED:
task_ptr->task_state = RAW_DLY;
break;
case RAW_PEND_SUSPENDED:
task_ptr->task_state = RAW_PEND;
break;
case RAW_PEND_TIMEOUT_SUSPENDED:
task_ptr->task_state = RAW_PEND_TIMEOUT;
break;
default:
#if (CONFIG_RAW_ASSERT > 0)
RAW_ASSERT(0);
#endif
RAW_CRITICAL_EXIT();
return RAW_STATE_UNKNOWN;
}
RAW_CRITICAL_EXIT();
raw_sched();
return RAW_SUCCESS;
}
恢复函数其实就是挂起函数的逆向操作。如果任务没有被挂起，那么什么也不用做。否则就需要把任务的状态修改为对应的非挂起状态，当然该就绪的线程还得加入到就绪队列当中去。同时在函数结束之前不忘调度一下，说不定刚刚释放的这个线程就是优先级最高的那个线程。
[cpp] view plaincopy RAW_U16 raw_task_delete(RAW_TASK_OBJ *task_ptr)
{
RAW_SR_ALLOC();
#if (RAW_TASK_FUNCTION_CHECK > 0)
if (task_ptr == 0) {
return RAW_NULL_OBJECT;
}
if (raw_int_nesting) {
return RAW_NOT_CALLED_BY_ISR;
}
#endif
if (task_ptr->priority == IDLE_PRIORITY) {
return RAW_DELETE_TASK_NOT_ALLOWED;
}
RAW_CRITICAL_ENTER();
if (task_ptr == raw_task_active) {
if (raw_sched_lock) {
RAW_CRITICAL_EXIT();
return RAW_SCHED_LOCKED;
}
}
switch (task_ptr->task_state) {
case RAW_RDY:
remove_ready_list(&raw_ready_queue, task_ptr);
break;
case RAW_SUSPENDED:
break;
case RAW_DLY:
/* Task is only delayed, not on any wait list
*/
case RAW_DLY_SUSPENDED:
tick_list_remove(task_ptr);
break;
case RAW_PEND:
case RAW_PEND_SUSPENDED:
case RAW_PEND_TIMEOUT:
case RAW_PEND_TIMEOUT_SUSPENDED:
tick_list_remove(task_ptr);
list_delete(&task_ptr->task_list);
break;
default:
#if (CONFIG_RAW_ASSERT > 0)
RAW_ASSERT(0);
#endif
RAW_CRITICAL_EXIT();
return
RAW_STATE_UNKNOWN;
}
task_ptr->task_state = RAW_DELETED;
#if (RAW_TASK_STACK_CHECK > 0)
/*make after_delete_list to right position*/
after_delete_list = task_ptr->stack_check_list.next;
if (after_delete_list == &task_head) {
after_delete_list = task_head.next;
}
list_delete(&task_ptr->stack_check_list);
#endif
RAW_CRITICAL_EXIT();
raw_sched();
return RAW_SUCCESS;
}
删除函数的动作其实是比较残忍的，因为此时你不清楚线程已经执行到哪一步了，拥有了那些资源，正在处理哪些资源，所以没事不要用这个函数。这里做的只是把任务从就绪队列、等待队列和阻塞队列清除出来，但是真正善后的工作要比这多得多，如果有兴趣，你看看 linux 的 exit 函数就明白了。
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