SylixOS线程私有数据浅析

目录

1. 线程私有数据概述    1

2. 线程私有数据的相关API函数流程浅析    1

2.1    加入线程私有变量    1

2.2    删除线程私有变量    3

2.3    设置私有线程变量    6

2.4    获得线程私有变量值    8

3. 总结    10

4. 参考文献    10

  1. 线程私有数据概述

    在SylixOS中为了满足多线程安全的要求，使得一种资源可以安全的被多个线程使用，采用了包括代码临界区保护和可重入性等方法。本文描述实现可重入的一种方法：线程私有数据。值得注意的是这种保护方式牺牲了系统的实时性并且只针对单CPU系统有效，若非必要，SylixOS不推荐使用此方式。

  2. 线程私有数据的相关API函数流程浅析

  3. 加入线程私有变量

    加入线程私有变量的流程如图 21所示。

    图 21 加入线程私有变量

  4. 输入

    在调用API_ThreadVarAdd函数时，我们需要输入线程ID以及私有变量地址。具体实现如程序清单 21所示。

    程序清单 21 加入线程私有变量输入


    ULONGAPI_ThreadVarAdd (LW_OBJECT_HANDLEulId, ULONG *pulAddr)

    {

    REGISTERUINT16usIndex;

    REGISTERPLW_CLASS_TCBptcb;

    REGISTERPLW_CLASS_THREADVARpthreadvar;

    usIndex = _ObjectGetIndex(ulId);

    ...

    }

  5. 判断是否在中断

    获取CPU当前的中断嵌套值，判断是否在中断，该函数不能在中断中调用。具体实现如程序清单 22所示。

    程序清单 22 判断是否在中断


    if (LW_CPU_GET_CUR_NESTING()) { /* 不能在中断中调用 */

    _DebugHandle(__ERRORMESSAGE_LEVEL, "called from ISR.\r\n");

    _ErrorHandle(ERROR_KERNEL_IN_ISR);

    return (ERROR_KERNEL_IN_ISR);

    }

  6. 检查线程的有效性

    在进入内核态之前，检查当前线程ID是否符合线程规范，以判断该线程是否有效。具体实现如程序清单 23所示。

    程序清单 23 检查线程有效性


    #if LW_CFG_ARG_CHK_EN > 0

    if (!_ObjectClassOK(ulId, _OBJECT_THREAD)) {

    _DebugHandle(__ERRORMESSAGE_LEVEL, "thread handle invalidate.\r\n");

    _ErrorHandle(ERROR_KERNEL_HANDLE_NULL);

    return (ERROR_KERNEL_HANDLE_NULL);

    }

    if (_Thread_Index_Invalid(usIndex)) { /* 检查线程有效性 */

    _DebugHandle(__ERRORMESSAGE_LEVEL, "thread handle invalidate.\r\n");

    _ErrorHandle(ERROR_THREAD_NULL);

    return (ERROR_THREAD_NULL);

    }

    #endif

  7. 进入内核态

    进入内核态进行操作。

  8. 检查线程的有效性

    进入内核态以后，通过检查对应的线程TCB地址表来判断线程是否有效。具体实现如程序清单 24所示。

    程序清单 24 检查线程有效性


    if (_Thread_Invalid(usIndex)) {

    __KERNEL_EXIT(); /* 退出内核 */

    _DebugHandle(__ERRORMESSAGE_LEVEL, "thread handle invalidate.\r\n");

    _ErrorHandle(ERROR_THREAD_NULL);

    return (ERROR_THREAD_NULL);

    }

  9. 分配控制块

    为当前的线程分配一个私有数据控制块，通过Allocate_ThreadVar_Object函数从空闲ThreadVar 控件池中取出一个空闲 ThreadVar。具体实现如程序清单 25所示。

    程序清单 25 分配控制块


    pthreadvar = _Allocate_ThreadVar_Object(); /* 分配一个控制块 */

  10. 检查控制块的有效性

    判断获得的控制器是否有效。具体实现如程序清单 26所示。

    程序清单 26 检查控制块的有效性


    if (!pthreadvar) {

    __KERNEL_EXIT(); /* 退出内核 */

    _ErrorHandle(ERROR_THREAD_VAR_FULL);

    return (ERROR_THREAD_VAR_FULL);

    }

  11. 链接控制块

    将获得的私有数据控制块加入TCB的上下文。具体实现如程序清单 27所示。

    程序清单 27 链接控制块


    pthreadvar->PRIVATEVAR_pulAddress = pulAddr;

    pthreadvar->PRIVATEVAR_ulValueSave = *pulAddr;

    ptcb = _K_ptcbTCBIdTable[usIndex];

    /* 加入TCB上下文 */

    _List_Line_Add_Ahead(&pthreadvar->PRIVATEVAR_lineVarList, &ptcb->TCB_plinePrivateVars);

  12. 退出内核

    退出内核态。

  13. 删除线程私有变量

    删除线程私有变量的流程如图 22所示。

    图 22 删除线程私有变量

  14. 输入

    在调用API_ThreadVarDelete函数时，我们需要输入线程ID以及私有变量地址。具体实现如程序清单 28所示。

    程序清单 28 删除线程私有数据输入


    ULONGAPI_ThreadVarDelete (LW_OBJECT_HANDLEulId, ULONG *pulAddr)

    {

    REGISTERUINT16usIndex;

    REGISTERPLW_CLASS_TCBptcbCur;

    REGISTERPLW_CLASS_TCBptcb;

    REGISTERPLW_LIST_LINEplineVar;

    REGISTERPLW_CLASS_THREADVARpthreadvar;

    usIndex = _ObjectGetIndex(ulId);

    …

    }

  15. 判断是否在中断

    获取CPU当前的中断嵌套值，判断是否在中断，该函数不能在中断中调用。

  16. 检查线程的有效性

    在进入内核态之前，检查当前线程ID是否符合线程规范，以判断该线程是否有效。

  17. 进入内核态

    进入内核态进行操作。

  18. 检查线程的有效性

    进入内核态以后，通过检查对应的线程TCB地址表来判断线程是否有效。

  19. 查找私有数据控制块并解链

    通过全局变量私有化线表查找控制块，将私有数据控制块从TCB中解链并释放控制块。具体实现如程序清单 29所示。

    程序清单 29 查找控制块并解链


    for (plineVar = ptcb->TCB_plinePrivateVars; /* 查找 */

    plineVar != LW_NULL;

    plineVar = _list_line_get_next(plineVar)) {

    pthreadvar = _LIST_ENTRY(plineVar, LW_CLASS_THREADVAR, PRIVATEVAR_lineVarList);

    if (pthreadvar->PRIVATEVAR_pulAddress == pulAddr) {

    if (ptcb == ptcbCur) {

    *pulAddr = pthreadvar->PRIVATEVAR_ulValueSave;

    }

    _List_Line_Del(plineVar, &ptcb->TCB_plinePrivateVars); /* 从 TCB 中解链 */

    _Free_ThreadVar_Object(pthreadvar); /* 释放控制块 */

    __KERNEL_EXIT(); /* 退出内核 */

    return (ERROR_NONE);

    }

    }
     

  20. 退出内核

    退出内核态。

  21. 设置私有线程变量

    设置线程私有变量的流程如图 23所示。

    图 23 设置线程私有变量

  22. 输入

    在调用API_ThreadVarSet函数时，我们需要输入线程ID以及私有变量地址。具体实现如程序清单 210所示。

    程序清单 210 设置线程私有变量的值输入


    ULONG API_ThreadVarSet (LW_OBJECT_HANDLEulId, ULONG *pulAddr, ULONGulValue)

    {

    REGISTERUINT16usIndex;

    REGISTERPLW_CLASS_TCBptcbCur;

    REGISTERPLW_CLASS_TCBptcb;

    REGISTERPLW_LIST_LINEplineVar;

    REGISTERPLW_CLASS_THREADVARpthreadvar;

    usIndex = _ObjectGetIndex(ulId);

    …

    }

  23. 判断是否在中断

    获取CPU当前的中断嵌套值，判断是否在中断，该函数不能在中断中调用。

  24. 检查线程的有效性

    在进入内核态之前，检查当前线程ID是否符合线程规范，以判断该线程是否有效。

  25. 进入内核态

    进入内核态进行操作。

  26. 检查线程的有效性

    进入内核态以后，通过检查对应的线程TCB地址表来判断线程是否有效。

  27. 查找私有数据控制块同时判断是否为当前线程

    通过全局变量私有化线表查找控制块，然后检查线程控制块的相关信息判断是否为当前线程，是则赋值，不是则将值保存。具体实现如程序清单 211所示。

    程序清单 211 查找控制块并判断是否为当前线程


    ptcb = _K_ptcbTCBIdTable[usIndex];

    for (plineVar = ptcb->TCB_plinePrivateVars; /* 查找 */

    plineVar != LW_NULL;

    plineVar = _list_line_get_next(plineVar)) {

    pthreadvar = _LIST_ENTRY(plineVar, LW_CLASS_THREADVAR, PRIVATEVAR_lineVarList);

    if (pthreadvar->PRIVATEVAR_pulAddress == pulAddr) {

    if (ptcb == ptcbCur) { /* 是不是当前线程 */

    *pulAddr = ulValue;

    } else {

    pthreadvar->PRIVATEVAR_ulValueSave = ulValue;

    }

  28. 退出内核

    退出内核态。

  29. 获得线程私有变量值

    获得线程私有变量值的流程如图 24所示。

    图 24 获得线程私有变量值

  30. 输入

    我们需要输入线程ID以及私有变量地址。具体实现如程序清单 212所示。

    程序清单 212 私有线程变量值获取


    ULONG API_ThreadVarGet (LW_OBJECT_HANDLE ulId, ULONG *pulAddr)

    {

    REGISTERUINT16usIndex;

    REGISTERPLW_CLASS_TCBptcbCur;

    REGISTERPLW_CLASS_TCBptcb;

    REGISTERPLW_LIST_LINEplineVar;

    REGISTERULONGulValue;

    REGISTERPLW_CLASS_THREADVARpthreadvar;

    usIndex = _ObjectGetIndex(ulId);

    …

    }

  31. 判断是否在中断

    获取CPU当前的中断嵌套值，判断是否在中断，该函数不能在中断中调用。

  32. 检查线程的有效性

    在进入内核态之前，检查当前线程ID是否符合线程规范，以判断该线程是否有效。

  33. 进入内核态

    进入内核态进行操作。

  34. 检查线程的有效性

    进入内核态以后，通过检查对应的线程TCB地址表来判断线程是否有效。

  35. 查找私有数据控制块同时判断是否为当前线程

    通过全局变量私有化线表查找控制块，然后检查线程控制块的相关信息判断是否为当前线程，是获取线程私有变量的值，不是则获得保存的变量值。实现如程序清单 213所示。

    程序清单 213 查找控制块并判断是否为当前线程


    ptcb = _K_ptcbTCBIdTable[usIndex];

    for (plineVar = ptcb->TCB_plinePrivateVars; /* 查找 */

    plineVar != LW_NULL;

    plineVar = _list_line_get_next(plineVar)) {

    pthreadvar = _LIST_ENTRY(plineVar, LW_CLASS_THREADVAR, PRIVATEVAR_lineVarList);

    if (pthreadvar->PRIVATEVAR_pulAddress == pulAddr) {

    if (ptcb == ptcbCur) { /* 是不是当前线程 */

    ulValue = *pulAddr;

    } else {

    ulValue = pthreadvar->PRIVATEVAR_ulValueSave;

    }

  36. 退出内核

    退出内核态。

  37. 总结

    线程私有数据是线程上下文记录的一个unsigned long型数值（可以将其看成一个指向一个全局变量的指针）和保存全局变量值的临时变量(用来恢复线程上下文中全局变量的值)。每次线程被调入处理器时，系统根据该指针自动从线程上下文装入全局变量的值。相应地，任务被调出处理器时，系统根据该指针自动将全局变量的值保存到线程的上下文。

  38. 参考文献

    1.《SylixOS应用开发手册》

    2. SylixOS源码

时间： 2024-07-31 14:27:06

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