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37、【OS】【Nuttx】OSTest分析（2）：任务创建

article 2025/2/5 16:42:21

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22、【OS】【Nuttx】最小系统初始化分析（1）：任务创建
简单分析了任务创建时的堆栈分配，这里对任务创建过程做进一步分析

tcb_s，task_tcb_s 和 pthread_tcb_s

来看下任务控制块的两种形式：tcb_s，task_tcb_s，pthread_tcb_s：

tcb_s：所有任务和线程公共的部分，每个任务或线程的 tcb 都包含这些公共定义，是任务控制逻辑的核心
task_tcb_s：是 tcb 的一种特殊形式，主要是为了扩展 tcb_s，专门用于任务（以及内核线程），不仅包含了所有 tcb_s 中的字段，还添加了额外的字段来满足任务特有的需求。
pthread_tcb_s：tcb 的另一种特殊形式，专门用于线程管理，与 task_tcb_s 区别开来，以节约内存消耗。

主要区别如下：
1、 pthread_tcb_s：one for pthreads，为线程提供控制模块功能；task_tcb_s：one for tasks，为任务提供控制模块功能。线程意味着没有自己独立的用户空间，较多的是通过指针来引用别人用户空间里面的内容；而任务意味着可以拥有自己的用户空间，可以提供内容给线程进行引用。
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2、 tcb_s 是 task_tcb_s 和 pthread_tcb_s 的必要不充分条件，即 task_tcb_s 和 pthread_tcb_s 的成员必包含 tcb_s，但还有其他成员，所以 tcb_s 是不充分条件。注意，tcb_s 成员位于 task_tcb_s 和 pthread_tcb_s 中的 top 第一个位置，意味着线程用户通过 tcb_s* 指针可以直接取到 task_tcb_s 里面公共部分的内容。

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3、group 成员在 tcb_s 中为指针，在 task_tcb_s 中为实例。tcb_s 中的指针用于指示该线程所属的任务组。通过这种方式，多个线程可以通过指向同一个 task_group_s 实例来共享资源或状态信息，这也是描述中所提到的，可以减少内存占用，线程不必拥有自己的数据副本，通过指针引用到任务的 task_group_s 共享资源即可。

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task & kernel

下面来看 task 和 kernel 两种类型的任务创建
首先是关键公共函数 nxthread_create，该接口用于创建并激活一种特定类型的新线程（这里可以把任务也视为一种包含用户空间的特殊线程），并返回激活的线程 ID
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线程类型如下：用户任务，用户线程，内核线程
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查看 nxthread_create 调用点，只有用户任务和内核线程的创建，用户线程通过 nx_pthread_create 创建
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用户通过 task_create 和 kthread_create 来控制新线程的创建
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使用 nxthread_create 创建新线程，任务用户与内核用户的区别在于，是否需要使用 task_tcb_s 额外申请 group 实例，group 实例占用内存空间；内核用户不需要申请 group 实例，只需申请公共部分 tcb_s，group* 指针将引用 g_kthread_group 实例。
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nxthread_create

这里主要做三个工作：

申请线程空间：包括 tcb 空间与 stack 空间
初始化 group 资源
初始化任务控制块 tcb，并根据任务状态，将任务添加到指定 schedule 队列（如 Ready，Blocked）以激活任务

1、为 tcb 申请空间
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2、若 nxtask_init 初始化失败，释放之前申请的 tcb 空间
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3、描述主要说明 nxtask_init 和 task_create 区别，nxtask_init 负责执行 task_create 里面的子集，task_create 主要负责申请 tcb 空间，stack 可以通过 pre-allocated 传递进来（如果有的话，nxtask_init 不必再分配），激活 task。
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4、初始化 group 资源，对于用户任务，已经在 task_tcb_s 中有 group 实例（即为 tcb 申请空间时，也间接申请了 group 空间）；对于内核线程，使用 g_kthread_group 实例进行初始化，故 nxtask_init 这里没有 group 空间申请，只需进行初始化
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5、若 task_create 没有预先分配 stack（由用户指定具体的栈空间），则由 Nuttx 使用 up_create_stack 进行分配；若用户指定了具体的栈空间，则 up_use_stack 直接使用；绑定了具体的 stack 空间后，进行 thread local storage 初始化，详情可查看之前 wiki 22、【OS】【Nuttx】最小系统初始化分析（1）：任务创建中关于 thread local storage 的描述，大致意思就是 stack 空间前面十几个字节需要存放该线程 stack 相关的信息。
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6、前面 group 初始化，stack 空间申请，stack 初始化没啥毛病之后，开始初始化 tcb，并做一些 group 的后处理动作，主要是添加 group 识别信息，告诉该 group 的其他线程，该线程已经准备完毕，防止该线程前面有步骤初始化失败后被清理，group 中又添加了该线程的信息，其他任务后续会误识别该失败线程的信息。
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7、nxtask_activate 激活任务，查看该任务是否需要执行，不需要就按指定 schedule 策略进行调度执行