RT-Thread 内核学习笔记 - 理解defunct僵尸线程

Posted 2021-09-14 RTT小师弟

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前言

• 目前大家偶尔会讨论RT-Thread线程退出的问题，如main线程，return后，怎么处理的？RAM等资源，是否得到释放。
• 最近在看线程相关的内核源码，基于内核对象rt_object管理方法，梳理一下线程退出后的处理流程。
• rt_thread_defunct，僵尸线程的链表结构，为什么叫【僵尸】，我查的字典。作用，回收删除的线程的内存（堆）资源。

线程初始化与创建

• rt_thread_init：静态初始化一个线程，线程结构体、线程栈，都是全局的变量。rt_thread_detach后，这个线程的内核对象从内核容器链表里移除，【但】线程结构体、线程栈，因为是静态全局的，无法释放。若下次再想初始化并使用这个线程，依旧可以使用这个detach后的现有的线程结构体、线程栈进行初始化。静态线程的特点：初始化后，内存的占用，就不会改变。
• rt_thread_create：动态创建一个线程。需要使能：RT_USING_HEAP，堆管理。创建的线程【结构体】与【线程栈】都是动态申请出来的。删除这个线程时，需要调用rt_thread_delete。删除后，线程的【结构式】与【线程栈】占用的内存（堆）空间，可以释放。删除后，这个线程不存在了，想再次开启使用，需要重新创建。动态线程的特点：删除后，内存资源可以释放。

线程的资源回收

• RT-Thread 只回收rt_thread_create的线程内存资源。
• 静态初始化或动态创建线程时，会注册：rt_thread_exit，线程退出后，会调用rt_thread_exit。
• rt_thread_exit中，第一步：把线程从调度链表移除。第二步：静态的线程，会调用：rt_object_detach，从内核对象容器里移除线程内核对象；动态线程，会把线程的结构体指针（操作句柄），加入rt_thread_defunct僵尸线程链表中，而不是立即释放线程占用的内存。僵尸线程的操作，是在idle线程中执行。第三步：执行线程调度，切换线程。在idle线程执行，应该是保证这个线程删除后，立即调度切换线程，线程的资源回收不需要太高的优先级。
• idle 线程中： rt_thread_idle_excute 负责查看rt_thread_defunct僵尸线程链表是否为空，如果不为空，则执行内存释放的操作。从线程链表移除、释放线程栈、释放内核结构体。注意，只有动态创建的线程，执行此操作。

/* 来自：rt_thread_idle_excute 片段 */

        /* remove defunct thread */
        rt_list_remove(&(thread->tlist));
        /* release thread\'s stack */
        RT_KERNEL_FREE(thread->stack_addr);
        /* delete thread object */
        rt_object_delete((rt_object_t)thread);

main线程退出

• 上面梳理了线程的退出，僵尸线程的处理流程，main线程的退出，基本上也可以梳理流程了
• 静态的main线程，未使能：RT_USING_HEAP，退出后，内存资源不会释放。
• 动态的main线程，使能了：RT_USING_HEAP后，退出后，内存资源得到释放。
• 实际对比内存资源的释放大小，发现，动态申请，会额外占用一点内存资源，如12字节，这部分在后面内存管理后再深入的梳理。

动态线程的资源回收：

RT_USING_HEAP
main存在时：线程栈大小为2048

msh >free
total memory: 89568
used memory : 10656
maximum allocated memory: 10656

main不存在时：

msh >free
total memory: 89568
used memory : 8456
maximum allocated memory: 10656

main的线程栈，return后的资源：2200 Bytes空间

2048 栈空间 + 12Byte（rt_malloc管理占用）
128Byte rt_thread结构体大小，sizeof(struct rt_thread) + 12Byte（rt_malloc管理占用，内核对象）。

合计：2048+12+128+12 = 2200。

总结

• 熟悉RT-Thread线程的初始化、创建、脱离（反初始化）、删除等操作。
• 熟悉动态创建的线程，删除后，加入僵尸线程链表，内存资源回收流程。
• 理解普通线程如main线程的退出流程。

• 带着问题后续继续研究以下知识点：

  • 调度器的工作流程，在哪里执行？如何运作？
  • 线程定时器，每个线程都会创建一个，线程删除后，定时器资源的回收流程。

  rt_thread_delete /* 线程的定时器，使用detach方式，定时器资源回收流程 */
  
  rt_timer_detach(&(thread->thread_timer)); /* 定时器资源的回收流程 */

• 创建线程时，我把线程的名字(name)改为RT_NULL，依旧可以正常的运行，但这样是否有影响？
• rt_thread 结构体中：内核对象的链表用于加入内核对象容器，成员：tlist的工作流程。
• 历史问题：rt_thread结构体：

/**
* Thread structure
*/
struct rt_thread
{
   /* rt object */
   char        name[RT_NAME_MAX];                      /**< the name of thread */
   rt_uint8_t  type;                                   /**< type of object */
   rt_uint8_t  flags;                                  /**< thread\'s flags */

#ifdef RT_USING_MODULE
   void       *module_id;                              /**< id of application module */
#endif

   rt_list_t   list;                                   /**< the object list */

是否可以改为如下：

/**
 * Thread structure
 */
struct rt_thread
{
    struct rt_object parent;                            /**< inherit from rt_object */