操作系统内部机制学习

切换线程时需要保存什么

  • 函数需要保存吗?函数在Flash上,不会被破坏,无需保存。
  • 函数执行到了哪里?需要保存吗?需要保存。
  • 全局变量需要保存吗?全局变量在内存上,无需保存。
  • 局部变量需要保存吗?局部变量在栈里,也是在内存里,只要避免栈不会被破坏即可,局部变量无需保存。
  • 运算的中间值需要保存吗?中间值保存在CPU寄存器里,另一个线程也需要用到寄存器,所以CPU寄存器要保存。
  • 函数运行到了哪里:也是一个CPU寄存器,名为"PC"。

总结:CPU寄存器需要保存,保存在线程的栈里。

ARM架构

ARM芯片属于精简指令计算机(RISC:Reduced Instruction Set Computor),它所用的指令比较简单,有如下特点:

  1. 对内存只有读、写指令。
  2. 对于数据的运算都是在CPU内部实现。
  3. 使用RISC指令的CPU复杂度小一点,易于设计。


几条汇编指令

  • 读内存指令:LDR,即Load之意。
  • 写内存指令:STR,即Store之意。
  • 加减指令:ADD、SUB
  • 跳转:BL,Branch And Link
  • 入栈指令:PUSH
  • 出栈指令:POP

加载指令LDR:LDR r0,[addrA],意思是将地址addrA的内容加载到r0里面。

存储指令STR:STR r0,[addr A],把r0的值存储到地址addrA上。

加法运算指令(ADD):ADD r0,r1,r2,意思为r0=r1+r2。

减法运算指令(SUB):SUB r0,r1,r2,意思为r0=r1-r2。

寄存器入栈/出栈指令(PUSH/POP)

寄存器入栈(PUSH):PUSH {r3, lr}意思是将寄存器r3和lr写入内存栈。

  • 本质是写内存STR指令,高标号寄存器写入高地址的栈里,低标号寄存器写入低地址的栈里。
  • lr即r14,写入地址为sp-4的内存,然后sp=sp-4。
  • r3,写入地址为sp-4的内存,然后sp=sp-4。

寄存器出栈指令(POP):POP {r3,pc}意思是取出内存栈的数据放入r3和pc中。

  • 本质是读内存LDR指令,高标号寄存器的内容来自高地址的栈,低标号寄存器的内容来自低地址的栈。
  • 读地址为sp的内容存入r3,然后sp=sp+4。
  • 读地址为sp的内容存入pc,然后sp=sp+4。

寄存器别名

PUSH指令=多次调用STR指令,并且会调整SP的值。

BL A:会记录返回地址,保存在R14里,然后跳转到A执行,执行完后,PC会跳转到R14所指向的地址。


初始化栈

IPC

引入IPC,主要是为了两项功能:

  1. 线程间互斥
  2. 休眠-唤醒机制

队列

队列里有多个消息块,消息块里面可以存储消息(数据),每个消息块大小相同。

队列里有两个链表:Sender List、Receiver List。

挂起线程也就是将线程从就绪链表中移出。

再将线程挂到队列的等待链表中。

启动定时器。

互斥量如何实现

对于互斥变量a

  1. 关中断
  2. 汇编指令:原子地修改a

IPC

消息队列的读取都是使用memcpy()

邮箱的读取直接赋值即可。
链表、定时器、环形缓冲区(读、写位置)

信号量的缺点:

  1. 谁都可以释放信号量
  2. 优先级反转

Mutex解决

  1. 谁拥有谁释放
  2. 优先级继承

一个互斥量可以被同一个线程多次take

信号不是信号量,是一种异步通知机制。

**信号就是线程的软件中断。 **

信号处理流程

信号就是线程的"软件中断",跟"硬件中断"类似:

要安装信号处理函数,相当于给硬件中断提供处理函数。

c 复制代码
/* thread1 安装信号,自定义处理函数 */

rt_signal_install(SIGUSR1, thread1_signal_handler);

/* thread1 要使能信号,相当于使能硬件中断,解除屏蔽 */
rt_signal_unmask(SIGUSR1);

/* 向thread1发出信号,相当于触发硬件中断 */
rt_thread_kill(thread1, SIGUSR1);

什么是块设备?

有存储功能:写入数据到pos位置,再读pos可以得到一样的数据。
数据的传输单位是:扇区。

挂载

挂载点(path)

文件系统

块设备

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