RT-thread内核之线程调度器分析

一、前言

RT-Thread中提供的线程调度器是基于全抢占式优先级的调度，在系统中除了中断处理函数、调度器上锁部分的代码和禁止中断的代码是不可抢占的之外，系统的其他部分都是可以抢占的，包括线程调度器自身.系统总共支持256个优先级(0 ～ 255，数值越小的优先级越高，0为最高优先级，255分配给空闲线程使用，一般用户不使用。在一些资源比较紧张的系统中，可以根据情况选择只支持8个或32个优先级的系统配置)。在系统中，当有比当前线程优先级还要高的线程就绪时，当前线程将立刻被换出，高优先级线程抢占处理机进行执行。

二、线程优先级管理系统

在RT-Thread调度器的实现中,包含了一个共256个优先级队列的数组(如果系统最大支持32个优先级，那么这里将是一个包含了32个优先级队列的数组)，每个数组元素中放置相同优先级链表的表头。这些相同优先级的列表形成一个双向环形链表，最低优先级线程链表一般只包含一个idle线程。

在scheduler.c中：

rt_list_t rt_thread_priority_table[RT_THREAD_PRIORITY_MAX];

三、线程调度器函数接口

调度器初始化：
void rt_system_scheduler_init(void);
在系统启动时需要执行调度器的初始化，以初始化系统调度器用到的一些全局变量。

启动线程调度器：
void rt_system_scheduler_start(void);
在系统完成初始化后切换到第一个线程，可以调用下面的函数接口。
在调用这个函数时，它会查找系统中优先级最高的就绪态线程，然后切换过去执行。另外在调用这个函数前，必须先做idle线程的初始化，即保证系统至少能够找到一个就绪状态的线程执行。此函数是永远不会返回的。

向调度器中添加线程：
void rt_schedule_insert_thread(struct rt_thread *thread);

将线程从调度器中移除：
void rt_schedule_remove_thread(struct rt_thread *thread);

线程调度：
void rt_schedule(void);
让调度器执行一次线程的调度。
调用这个函数后，系统会计算一次系统中就绪态的线程，如果存在比当前线程更高优先级的线程时，系统将切换到高优先级的线程去。上层应用程序一般不需要调用这个函数。

进入临界区，调度器上锁：
void rt_enter_critical(void);
调用这个函数后，调度器将被上锁。在系统锁住调度器的期间，系统依然响应中断，如果中断唤醒了的更高优先级线程，调度器并不会立刻执行它，直到调用解锁调度器函数才尝试进行下一次调度。
同中断锁一样把调度器锁住也能让当前运行的任务不被换出，直到调度器解锁。但和中断锁有一点不相同的是，对调度器上锁，系统依然能响应外部中断，中断服务例程依然能进行相应的响应。所以在使用调度器上锁的方式进行任务同步时，需要考虑好任务访问的临界资源是否会被中断服务例程所修改，如果可能会被修改，那么将不适合采用此种方式进行同步。

退出临界区，调度器解锁：
void rt_exit_critical(void);
当系统退出临界区的时候，系统会计算当前是否有更高优先级的线程就绪，如果有比当前线程更高优先级的线程就绪，将切换到这个高优先级线程中执行；如果无更高优先级线程就绪，将继续执行当前任务。
注：rt_enter_critical/rt_exit_critical可以多次嵌套调用，但每调用一次rt_enter_critical就必须相对应地调用一次rt_exit_critical退出操作，嵌套的最大深度是65535。

返回调度器锁状态：
rt_uint16_t rt_critical_level(void)
{
    return rt_scheduler_lock_nest;
}
调度器锁能够方便地使用于一些线程与线程间同步的场合，由于轻型，它不会对系统中断响应造成负担；但它的缺陷也很明显，就是它不能被用于中断与线程间的同步或通知，并且如果执行调度器锁的时间过长，会对系统的实时性造成影响（因为使用了调度器锁后，系统将不再具备优先级的关系，直到它脱离了调度器锁的状态）。