CN1825286A - 嵌入式sram操作***线程实现和线程状态转换的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种嵌入式SRAM操作***线程实现和线程状态转换的方法。在嵌入式SRAM操作***，鉴于操作***位于SRAM中，资源有限，使用线程作为操作***调度的基础，进程由线程构成，是进程中的一条执行路径，每个进程内允许包含多个并行执行的路径，这就是多线程。线程是***进行处理器调度的基本单位，同一个进程中的所有线程共享进程获得的主存空间和资源，线程具有7个不同的状态并且可以在状态间进行高效切换，可以充分利用SRAM的特点，对于利用嵌入式SRAM操作***进行***资源处理具有特殊意义。

Description

嵌入式SRAM操作***线程实现和线程状态转换的方法

技术领域

本发明涉及嵌入式操作***中线程的实现和线程状态切换的技术领域，尤其是涉及到一种嵌入式SRAM操作***线程实现和线程状态转换的方法。

背景技术

在传统的操作***中，进程是***进行资源分配的单位，诸如按进程分给存放其映象的虚地址空间、执行需要的主存空间、完成任务需要的其他各类资源，I/O CH、I/O DV和文件。同时，进程也是处理器调度的独立单位，进程在任一时刻只有一个执行控制流，我们将这种结构的进程称单线程进程(SingleThreaded Process)。这种单线程结构的进程已不能适应当今计算机技术的迅猛发展。

早期的计算机***是基于单个处理器(CPU)的顺序处理的机器，程序员编写串行执行的代码，让其在CPU上串行执行，甚至每一条指令的执行也是串行的(取指令、取操作数、执行操作、存储结果)。

为提高计算机处理的速度，首先发展起来的是联想存储器***和流水线***，前者提出了数据驱动的思想，后者解决了指令串行执行的问题，这两者都是最初计算机并行化发展的例子。随着硬件技术的进步，并行处理技术得到了迅猛的发展，计算机***不再局限于单处理器和单数据流，各种各样的并行结构得到了应用。目前计算机***可以分作以下四类：

·单指令流单数据流(SISD)：一个处理器在一个存储器中的数据上执行单条指令流。

·单指令流多数据流(SIMD)：单条指令流控制多个处理单元同时执行，每个处理单元包括处理器和相关的数据存储，一条指令事实上控制了不同的处理器对不同的数据进行了操作。向量机和阵列机是这类计算机***的代表。

·多指令流单数据流(MISD)：一个数据流被传送给一组处理器，通过这一组处理器上的不同指令操作最终得到处理结果。该类计算机***的研究尚在实验室阶段。

·多指令流多数据流(MIMD)：多个处理器对各自不同的数据集同时执行不同的指令流。

可以把MIMD***划分为共享内存的紧密耦合MIMD***和内存分布的松散耦合MIMD***两大类。在松散耦合MIMD***中，每个处理单元都有一个独立的内存储器，各个处理单元之间通过设定的线路或网络通信，多计算机***或cluster***都是松散耦合MIMD***的例子。

根据处理器分配策略，紧密耦合MIMD***可以分为主从式***(main/slavemultiprocessor)和对称式***(symmetric multiprocessor，简称SMP)两类。

主从式***的基本思想是：在一个特别的处理器上运行操作***内核，其他处理器上则运行用户程序和操作***例行程序，内核负责分配和调度各个处理器，并向其它程序提供各种服务(如输入输出)。这种方式实现简单，但是主处理器的崩溃会导致整个***的崩溃，并且极可能在主处理器形成性能瓶颈。

在对称式多处理器***(SMP)中，操作***内核可以运行在任意一个处理器上，每个处理器都可以自我调度运行的进程和线程，并且操作***内核也被设计成多进程或多线程，内核的各个部分可以并行执行。

目前cluster和SMP得到了广泛的应用，成为并行处理技术的热点。值得注意的是，单线程结构进程从管理、通信和并发粒度多个方面都很难满足并行处理的要求。

近二十年以来，计算机网络技术得到了迅猛的发展，这里不考虑网络基础通信设施的进展，单从网络操作***和分布式操作***的角度来考虑，单线程结构进程就难以满足要求。

分布式操作***是一个无主从的、透明的资源管理***，也是一个松散耦合的MIMD***。从资源管理看，每一类资源的管理都有可能分布在各个独立的节点上，需要广泛的协同和频繁的通信，从分布并行看，要求操作***合理使用网络上的可计算资源，更好地发挥多处理器的能力，把许多任务或同一任务的不同子任务分配到网络不同结点的处理器上去同时运行，所有这一些都需要改良单线程结构进程，提高各个协作子任务之间的协作、切换和通信效率。

客户/服务器计算是九十年代网络计算的最大热点，对于基于服务器的客户/服务器计算(如SQL服务器)，要求采用更加高效的并行或并发解决方案来提高服务器处理效率；对于基于客户的客户/服务器计算(如页服务器)，虽然服务器的瓶颈效应大大改善，但服务器一方除了页面读写外还需要进行锁管理和锁协商，客户一方则面临着如何快速解决计算逻辑问题，另外还要考虑锁协商和页回调，这些也要求一种更加实用和有效的并行或并发解决方案；类似的问题同样存在与协作式的客户/服务器计算和基于中间件的客户/服务器计算中。

从软件技术的发展来看，***软件和应用软件均有了很大的进展，要求人们设计出多事件并行处理的软件***，如：操作***中的并行文件操作，数据库中的多用户事务处理，窗口子***中的多个相关子窗口操作，实时***中多个外部事件的同时响应，网络中多个客户共享网络服务器任务等等。这些多事件并行处理的软件***当然要求提高并行或并发处理的效率，而单线程结构进程对此是无能为力的。

在传统的操作***中，往往采用多进程并发程序设计来解决并行技术、网络技术和软件技术发展带来的要求，即创建并执行多个进程，按一定策略来调度和执行各个进程，以最大限度地利用计算机***中的各种各样的资源。这一方式当然是可行的，但关键在于并行和并发的效率问题，采用这一方式来实现复杂的并发***时，会出现以下的缺点：

·进程切换的开销大，频繁的进程调度将耗费大量时间。

·进程之间通信的代价大，每次通信均要涉及通信进程之间以及通信进程与操作***之间的切换。

·进程之间的并发性粒度较粗，并发度不高，过多的进程切换和通信使得细粒度的并发得不偿失。

·不适合并行计算和分布并行计算的要求。对于多处理器和分布式的计算环境来说，进程之间大量频繁的通信和切换过程，会大大降低并行度。

·不适合客户/服务器计算的要求。对于C/S结构来说，那些需要频繁输入输出并同时大量计算的服务器进程很难体现效率。

尤其是在嵌入式SRAM操作***中，相对于SDRAM，SRAM空间有限，需要操作***改进进程结构，提供新的机制，使得很多应用能够按照需求，在同一进程中设计出多条的控制流，多控制流之间可以并行执行，切换不需通过进程调度；多控制流之间还可以通过内存区直接通信，降低通信开销。

发明内容

本发明的目的在于提供一种嵌入式SRAM操作***线程实现和线程状态转换的方法。

本发明解决其技术问题采用的技术方案如下：

1)线程状态定义

进程由线程构成，是进程中的一条执行路径，每个进程内允许包含多个并行执行的路径，这就是多线程。线程是***进行处理器调度的基本单位，同一个进程中的所有线程共享进程获得的主存空间和资源，一个线程具有：

●创建态：对应于线程刚刚被创建和进入到SRAM中的状态；

●运行态：线程占有处理器正在运行；

●就绪态：线程位于SRAM中，具备运行条件，等待***分配处理器以便运行；

●阻塞态：线程位于SRAM中，不具备运行条件，正在等待某个事件的完成；

●就绪换出态和阻塞换出态：由于SRAM空间不足，线程将被交换出SRAM，进入到SDRAM中去，暂时不参与线程调度；

●退出态：线程结束，退出SRAM，以后不再执行。

在多线程环境中，仍然有与进程相关的是进程控制块PCB，Process ControlBlock和用户地址空间，而每个线程则存在独立堆栈，以及包含寄存器信息、优先级、其它有关状态信息的线程控制块。线程之间的关系较为密切，一个进程中的所有线程共享其拥有的状态和资源，它们驻留在相同的地址空间，可以存取相同的数据；

2)创建态

当一个新进程被生成后，该进程的一个线程也就被创建。此后，该进程中的一个线程可以创建同一进程中的其它线程，并为新线程提供指令计数器和变量，一个新线程还将被分配寄存器上下文和堆栈空间，并将其加入就绪队列；

3)就绪态

线程位于SRAM中，具备运行条件，等待***分配处理器以便运行，处于就绪状态的线程事实上已被调度，已经被放到某一队列等待执行，处于就绪状态的线程何时可真正执行，取决于线程优先级以及队列的当前状况，线程的优先级如果相同，将遵循“先来先服务”的调度原则；

线程依据自身优先级进入等待对列的相应位置，某些***线程具有最高优先级、这些最高优先级线程一旦进入就绪状态，将抢占当前正在执行的线程的处理器资源，当前线程只能重新在等待队列寻找自己的位置。某些具有最高优先级的线程执行完自己的任务之后，将调用sleep()、wait()、suspend()方法，睡眠一段时间，等待被某一事件唤醒。一旦被唤醒，这些线程就又开始抢占处理器资源。这些最高优先级线程通常被用来执行一些关键性任务，如屏幕显示；

低优先级线程需等待更长的时间才能有机会运行，由于***本身无法中止高优先级线程的执行，因此用到了优先级校高的线程对象，那么最好不时让这些线程放弃对处理器资源的控制权，以使其他线程能够有机会运行；

4)运行态

线程已经拥有了对处理器的控制权，其代码目前正在运行.这个线程将一直运行直到运行完毕，除非运行过程的控制权被一优先级更高的线程强占，线程在如下3种情形之下将释放对处理嚣的控制权：

●主动或被动地释放对处理器资源的控制权，该线程必须再次进入等待队列，等待其他优先级高或相等线程执行完毕

●睡眠一段确定的时间，不进入等待队列，这段确定的时间到期后，重新开始运行

●等持某一事件唤醒自己；

5)阻塞态

暂时这个线程将无法进入就绪队列，处于堵塞状态的线程通常必须由某些事件才能唤醒.至于是何种事件，则取决于堵塞发生的原因，处于睡眠中的线程必须被堵塞一段固定的时间；被挂起、或处于消息等待状态的线程则必须由一外来事件唤醒；

6)就绪换出态

已经就绪的线程，由于SRAM空间不足，线程将被交换出SRAM，进入到SDRAM中去，暂时不参与线程调度，直到SRAM空间足够；

7)阻塞换出态

已经被阻塞的线程，由于SRAM空间不足，将被交换出SRAM，进入到SDRAM中去，暂时不参与线程调度，直到阻塞事件已经完成，并且SRAM空间足够；

8)退出态

表示线程已退出运行状态，并且不再进入就绪队列，其中原因可能是线程已执行完毕且正常结束，也可能是该线程被另一线程或父进程/线程所强行中断。

本发明具有的有益效果是：

(1)并行性。同一进程的多个线程可在一个或多个处理器上并发或并行地运行快速线程切换。

(2)共享性。同一个进程中的所有线程共享进程获得的主存空间和一切资源。

(3)动态性。线程也是程序在相应数据集上的一次执行，由创建而产生，至撤销而消亡，有其生命周期。

(4)经济性。多线程合用SRAM空间，充分解决了SRAM空间有限的特性，能够在有限的SRAM空间中，运行尽可能多的进程/线程。

附图说明

图1是本发明中线程的状态切换图；

图2是线程组成进程的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

一种嵌入式SRAM操作***进程实现和进程状态转换的方法，其具体实施方法如下：

1)线程状态定义

进程由线程构成，是进程中的一条执行路径，每个进程内允许包含多个并行执行的路径，这就是多线程。线程是***进行处理器调度的基本单位，同一个进程中的所有线程共享进程获得的主存空间和资源，一个线程具有：

●创建态：对应于线程刚刚被创建和进入到SRAM中的状态；

●运行态：线程占有处理器正在运行；

●就绪态：线程位于SRAM中，具备运行条件，等待***分配处理器以便运行；

●阻塞态：线程位于SRAM中，不具备运行条件，正在等待某个事件的完成；

●就绪换出态和阻塞换出态：由于SRAM空间不足，线程将被交换出SRAM，进入到SDRAM中去，暂时不参与线程调度；

●退出态：线程结束，退出SRAM，以后不再执行。

在多线程环境中，仍然有与进程相关的是进程控制块PCB，Process ControlBlock和用户地址空间，而每个线程则存在独立堆栈，以及包含寄存器信息、优先级、其它有关状态信息的线程控制块。线程之间的关系较为密切，一个进程中的所有线程共享其拥有的状态和资源，它们驻留在相同的地址空间，可以存取相同的数据，如此依赖，一个进程的构成如图2所示。

线程自己不拥有***资源，只拥有一点在运行中必不可少的资源，但它可与同属一个进程的其它现成共享进程所拥有的全部资源。一个线程可以创建和撤消另一个线程，同一进程中的多个线程之间可以并发执行。

2)创建态

当一个新进程被生成后，该进程的一个线程也就被创建。此后，该进程中的一个线程可以创建同一进程中的其它线程，并为新线程提供指令计数器和变量，一个新线程还将被分配寄存器上下文和堆栈空间，并将其加入就绪队列。

3)就绪态

线程位于SRAM中，具备运行条件，等待***分配处理器以便运行，处于就绪状态的线程事实上已被调度，已经被放到某一队列等待执行，处于就绪状态的线程何时可真正执行，取决于线程优先级以及队列的当前状况，线程的优先级如果相同，将遵循“先来先服务”的调度原则。

线程依据自身优先级进入等待对列的相应位置，某些***线程具有最高优先级、这些最高优先级线程一旦进入就绪状态，将抢占当前正在执行的线程的处理器资源，当前线程只能重新在等待队列寻找自己的位置。某些具有最高优先级的线程执行完自己的任务之后，将调用sleep()、wait()、suspend()方法，睡眠一段时间，等待被某一事件唤醒。一旦被唤醒，这些线程就又开始抢占处理器资源。这些最高优先级线程通常被用来执行一些关键性任务，如屏幕显示。

低优先级线程需等待更长的时间才能有机会运行，由于***本身无法中止高优先级线程的执行，因此用到了优先级校高的线程对象，那么最好不时让这些线程放弃对处理器资源的控制权，以使其他线程能够有机会运行。

4)运行态

线程已经拥有了对处理器的控制权，其代码目前正在运行.这个线程将一直运行直到运行完毕，除非运行过程的控制权被一优先级更高的线程强占，线程在如下3种情形之下将释放对处理嚣的控制权：

●主动或被动地释放对处理器资源的控制权，该线程必须再次进入等待队列，等待其他优先级高或相等线程执行完毕

●睡眠一段确定的时间，不进入等待队列，这段确定的时间到期后，重新开始运行

●等持某一事件唤醒自己。

5)阻塞态

暂时这个线程将无法进入就绪队列，处于堵塞状态的线程通常必须由某些事件才能唤醒.至于是何种事件，则取决于堵塞发生的原因，处于睡眠中的线程必须被堵塞一段固定的时间；被挂起、或处于消息等待状态的线程则必须由一外来事件唤醒。

6)就绪换出态

已经就绪的线程，由于SRAM空间不足，线程将被交换出SRAM，进入到SDRAM中去，暂时不参与线程调度，直到SRAM空间足够。

7)阻塞换出态

已经被阻塞的线程，由于SRAM空间不足，将被交换出SRAM，进入到SDRAM中去，暂时不参与线程调度，直到阻塞事件已经完成，并且SRAM空间足够。

8)退出态

表示线程已退出运行状态，并且不再进入就绪队列，其中原因可能是线程已执行完毕且正常结束，也可能是该线程被另一线程或父进程/线程所强行中断。

本嵌入式SRAM操作***软件已经向中华人民共和国版权局申请计算机软件著作权登记。

Claims (1)

1、一种嵌入式SRAM操作***线程实现和线程状态转换的方法，其特征在于：

1)线程状态定义

进程由线程构成，是进程中的一条执行路径，每个进程内允许包含多个并行执行的路径，这就是多线程。线程是***进行处理器调度的基本单位，同一个进程中的所有线程共享进程获得的主存空间和资源，一个线程具有：

●创建态：对应于线程刚刚被创建和进入到SRAM中的状态；

●运行态：线程占有处理器正在运行；

●就绪态：线程位于SRAM中，具备运行条件，等待***分配处理器以便运行；

●阻塞态：线程位于SRAM中，不具备运行条件，正在等待某个事件的完成；

●就绪换出态和阻塞换出态：由于SRAM空间不足，线程将被交换出SRAM，进入到SDRAM中去，暂时不参与线程调度；

●退出态：线程结束，退出SRAM，以后不再执行。

在多线程环境中，仍然有与进程相关的是进程控制块PCB，Process ControlBlock和用户地址空间，而每个线程则存在独立堆栈，以及包含寄存器信息、优先级、其它有关状态信息的线程控制块。线程之间的关系较为密切，一个进程中的所有线程共享其拥有的状态和资源，它们驻留在相同的地址空间，可以存取相同的数据；

2)创建态

当一个新进程被生成后，该进程的一个线程也就被创建。此后，该进程中的一个线程可以创建同一进程中的其它线程，并为新线程提供指令计数器和变量，一个新线程还将被分配寄存器上下文和堆栈空间，并将其加入就绪队列；

3)就绪态

线程位于SRAM中，具备运行条件，等待***分配处理器以便运行，处于就绪状态的线程事实上已被调度，已经被放到某一队列等待执行，处于就绪状态的线程何时可真正执行，取决于线程优先级以及队列的当前状况，线程的优先级如果相同，将遵循“先来先服务”的调度原则；

线程依据自身优先级进入等待对列的相应位置，某些***线程具有最高优先级、这些最高优先级线程一旦进入就绪状态，将抢占当前正在执行的线程的处理器资源，当前线程只能重新在等待队列寻找自己的位置。某些具有最高优先级的线程执行完自己的任务之后，将调用sleep()、wait()、suspend()方法，睡眠一段时间，等待被某一事件唤醒。一旦被唤醒，这些线程就又开始抢占处理器资源。这些最高优先级线程通常被用来执行一些关键性任务，如屏幕显示；

低优先级线程需等待更长的时间才能有机会运行，由于***本身无法中止高优先级线程的执行，因此用到了优先级校高的线程对象，那么最好不时让这些线程放弃对处理器资源的控制权，以使其他线程能够有机会运行。

4)运行态

线程已经拥有了对处理器的控制权，其代码目前正在运行.这个线程将一直运行直到运行完毕，除非运行过程的控制权被一优先级更高的线程强占，线程在如下3种情形之下将释放对处理嚣的控制权：

●主动或被动地释放对处理器资源的控制权，该线程必须再次进入等待队列，等待其他优先级高或相等线程执行完毕

●睡眠一段确定的时间，不进入等待队列，这段确定的时间到期后，重新开始运行

●等持某一事件唤醒自己；

5)阻塞态

暂时这个线程将无法进入就绪队列，处于堵塞状态的线程通常必须由某些事件才能唤醒.至于是何种事件，则取决于堵塞发生的原因，处于睡眠中的线程必须被堵塞一段固定的时间；被挂起、或处于消息等待状态的线程则必须由一外来事件唤醒；

6)就绪换出态

已经就绪的线程，由于SRAM空间不足，线程将被交换出SRAM，进入到SDRAM中去，暂时不参与线程调度，直到SRAM空间足够；

7)阻塞换出态

已经被阻塞的线程，由于SRAM空间不足，将被交换出SRAM，进入到SDRAM中去，暂时不参与线程调度，直到阻塞事件已经完成，并且SRAM空间足够；

8)退出态

表示线程已退出运行状态，并且不再进入就绪队列，其中原因可能是线程已执行完毕且正常结束，也可能是该线程被另一线程或父进程/线程所强行中断。

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