《RT-Thread内核实现与应用开发实战指南》读书感悟之线程调度

    首先感谢野火电子和ST社区搞得活动，有幸获得一本赠送的书籍，学习了一段时间先讲下总体感受：全书从初学者入门的角度出发, 第一部分“从0到1教你写RT-Thread内核”重点讲解RT-Thread的原理实现，其中第四章介绍了用MDK5软件仿真工程的建立我认为比较实用，提供了用软件仿真就可以学习RT-Thread内核的方法具有普遍适用性，不再限制于要有硬件才能学习；其中第八章《对象容器的实现》之前在学习其它RTOS知识时了解不多, 通过学习了解到容器是存放各种对象供finsh组件使用，finsh组件是RT-thread操作系统特有的，可惜全书没有进一步讲解finsh的使用，希望后面改版能补充该部分内容（注：rtthread_manual.zh.pdf第十二章有介绍fish shell，想了解的网友可以先进行学习）。第二部分是讲RT-Thread 内核应用开发，讲解了系统移植、启动流程和各操作系统对象的接口使用，按先讲原理概念，再具体接口分析讲解，最后实验验证的顺序，我觉的这样安排很好，非常适合初学者学习。
      然后进入正题分享下线程调度的学习感悟。线程的管理和调度是一个RTOS最基本最核心的功能, RT-Thread相比国内最流行的UCOS-II系统增加了时间片的轮询功能，主要参考书籍的第六、十、十二、十四、十七章内容我们来了解下线程调度的实现特点。
# e8 q) ~6 q% h% O8 }
1. 已就绪线程最高优先级的查找, 由两个在scheduler.c文件定义的全局变量进行查找，一个是线程就绪优先级组rt_thread_ready_priority_group，另一个是线程优先级表rt_thread_priority_table[RT_THREAD_PRIORITY_MAX],
4 d  r' W( E" a  D% x具体代码如下:
" r" g, T1 u+ \#if RT_THREAD_PRIORITY_MAX <= 32
        highest_ready_priority = __rt_ffs(rt_thread_ready_priority_group) - 1;
#else
) H1 K6 v1 B! g        register rt_ubase_t number;
        number = __rt_ffs(rt_thread_ready_priority_group) - 1;
2 |; Z' G3 i! I2 E5 w* h2 d        highest_ready_priority = (number << 3) + __rt_ffs(rt_thread_ready_table[number]) - 1;
#endif
这里__rt_ffs函数在低层实现从一个32位的数中寻找从低位开始第一个被置1的位，要根据CPU类型来修改, 书籍第96页有介绍其通用实现方法，我查了mdk5的RRT软件包是直接通过arm cortex-m处理器的CLZ指令得到。
线程优先级最多256个是用一个字节表示，当优先级>32时, 高5比特决定rt_thread_ready_priority_group哪个位置位，低3比特决定 rt_thread_ready_table[thread->number]哪个位置位，
& v' N# _: U4 L7 ^( d* ~/ }4 [6 N所以最终优先级计算公式为：
    number = __rt_ffs(rt_thread_ready_priority_group) - 1;
1 s: \# i& X& ]- h$ a% m    highest_ready_priority = (number << 3) + __rt_ffs(rt_thread_ready_table[number]) - 1;
可以参考下面线程创建时的代码就清楚了：
#if RT_THREAD_PRIORITY_MAX > 32
! m* S7 ~3 e9 Y& o: d            thread->number      = thread->current_priority >> 3;            /* 5bit */
8 ^' H% v3 J8 R, B9 K$ y# F            thread->number_mask = 1 << thread->number;
            thread->high_mask   = 1 << (thread->current_priority & 0x07);   /* 3bit */
! h: k) \! D" w% h( R#else
            thread->number_mask = 1 << thread->current_priority;
; V% e( \: q9 S' o#endif
2 w" O4 K& F% K- h( J1 j6 n  S#if RT_THREAD_PRIORITY_MAX > 32
    rt_thread_ready_table[thread->number] |= thread->high_mask;
#endif
. e" J8 O/ R+ Y, d# g    rt_thread_ready_priority_group |= thread->number_mask;
一般来说32个优先级差不多够用, 代码效率也更高些,这也是RT-thread操作系统配置文件的默认值。
3 J9 m+ b; c5 s; E* I
% L2 o; ~- v7 z; G, l4 Q$ M( W2. 时间片的轮询, RT-thread操作系统的线程优先级表的数据类型为rt_list，每个索引号对应线程的优先级，该索引下维护着一条双向链表，当线程就绪时，线程就会根据优先级插入到对应索引的链表，同一个优先级的线程都会被插入到同一条链表中。书籍第二十章有介绍双向链表的概念。线程创建时会把优先级和时间片等数据保存到线程的控制块，线程运行时会自减remaining_tick，代码在Clock.c中的void rt_tick_increase(void)函数，如下所示：
void rt_tick_increase(void)
7 @: i- g- r/ K4 x( Y2 Y0 w{
    struct rt_thread *thread;
& V2 |7 w5 A' X/ W/ M    /* increase the global tick */
    ++ rt_tick;
    /* check time slice */
    thread = rt_thread_self();
    -- thread->remaining_tick;
7 h, K. T; b2 ]4 E: O    if (thread->remaining_tick == 0)
    {
        /* change to initialized tick */
        thread->remaining_tick = thread->init_tick;
        /* yield */
8 G* {! q2 e" Z9 T; K1 b# g        rt_thread_yield();
+ T5 l2 q$ H! }! @. }3 W    }
# ?0 r- B5 K8 P0 Z" D    /* check timer */
( `9 Q4 g" `3 G2 T/ j$ a  ^. L    rt_timer_check();
}
9 ?6 T2 }9 t( W4 @' k时间片耗完的线程会从就绪列表移除，然后将时间片耗完的线程插入到该优先级下的链表的尾部，把机会让给下一个线程，从这个机制来看同一优先级的线程不能太多，否则线程间的轮询对系统的实时性会有些影响。
4 }# Y1 r1 }2 }2 ~3 f# t
! ^& k2 @  k+ Z