無MMU搶占式操作系統(tǒng)的搶占工作原理

• 線程基礎(chǔ)原理
  

• 線程之間搶占
  

• 中斷搶占線程
  

• 中斷搶占中斷

1.單核“單線程”

嚴(yán)格來說，單核處理器一次只能執(zhí)行一條指令，也就是說只能“單線程”。（當(dāng)然，多核處理器就不一樣）

為了在單核處理器上運(yùn)行多個(gè)線程，我們實(shí)際上需要定期在線程之間進(jìn)行快速切換，以便用戶感覺多個(gè)線程在并行運(yùn)行。

比如處理器執(zhí)行兩個(gè)線程，處理器實(shí)際在兩個(gè)線程之間來回切換，如下圖：

2.處理器在線程之間切換，它是如何做到的？

我們說的單核處理器是“單線程”的，它有一組寄存器，我們就叫這組寄存器屬于一個(gè)“線程”。

例如，計(jì)算兩個(gè)數(shù)字的總和時(shí)：

//假設(shè)我們有兩個(gè)整數(shù)：a和bint c = a + b ;

實(shí)際發(fā)生的情況如下所示（當(dāng)然，它取決于的MCU類型，但總體思路是相同）：

# MIPS反匯編：
LW V0, -32744(GP) # "a" 的值從RAM加載到寄存器V0LW V1, -32740(GP) # 值"b" 從RAM加載到寄存器V1ADDU V0, V1, V0 # a、b值相加，結(jié)果保存到寄存器V0中SW V0, -32496(GP) # 寄存器V0的值存儲(chǔ)在RAM中（變量c所在的位置）

你會(huì)發(fā)現(xiàn)上面執(zhí)行了4個(gè)動(dòng)作，但是搶占式操作系統(tǒng)可以在任何時(shí)候搶占另一個(gè)線程，包括在這4個(gè)動(dòng)作之間。

假如在這過程中有其他線程搶占了，其他線程同樣搶占了當(dāng)前線程V0、 V1，如果不對(duì)V0、 V1進(jìn)行保存，那么下次回來執(zhí)行當(dāng)前線程，結(jié)果就會(huì)出錯(cuò)。

所以，針對(duì)當(dāng)前這種問題，我們就需要在切換線程之前，對(duì)V0、 V1的數(shù)值進(jìn)行保存，當(dāng)下次切換到當(dāng)前線程，再恢復(fù)V0、 V1的數(shù)值，大致流程如下：

大概意思就是：當(dāng)我們需要從一個(gè)線程切換到另一個(gè)線程時(shí)，內(nèi)核獲得控制權(quán)，執(zhí)行必要的內(nèi)務(wù)處理（至少要保存和恢復(fù)寄存器值），然后將控制權(quán)轉(zhuǎn)移到下一個(gè)線程以運(yùn)行。

• 將所有寄存器值保存到堆棧中（保存到線程A堆棧的頂部）；

• 將堆棧指針切換到線程B的堆棧頂部；

• 從堆棧（從線程B的堆棧頂部）恢復(fù)所有寄存器值；

• 使用被中斷的線程堆棧；

• 為中斷使用單獨(dú)的堆?？臻g；

• 線程自己的數(shù)據(jù)；

• 線程的上下文；

• 用于執(zhí)行最壞情況的ISR的數(shù)據(jù)。

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