4. 线程与调度基础

在 RT-Thread 中，线程是最基本的调度单位，也是应用逻辑的主要载体。理解线程的创建方式、优先级规则、时间片轮转、调度器行为以及线程间同步与通信机制，是后续使用组件与中间件的前提。本节将把这些基础概念串成一条完整的知识链，帮助你在实际开发中快速定位线程行为异常、优先级反转、通信阻塞等问题。

一、线程创建：静态与动态两条路径

RT-Thread 提供两种线程创建方式：静态创建和动态创建。静态创建使用 rt_thread_init()，线程控制块和栈由用户预先分配，适合资源受限或对确定性要求高的场景；动态创建使用 rt_thread_create()，由系统从堆中分配线程控制块和栈，使用灵活但需关注堆空间。

/* 动态创建线程示例 */
rt_thread_t tid;
tid = rt_thread_create("led_thread",
                       led_thread_entry,
                       RT_NULL,
                       512,
                       20,
                       10);
if (tid != RT_NULL)
    rt_thread_startup(tid);

创建完成后必须调用 rt_thread_startup() 将线程加入就绪队列，否则线程不会参与调度。线程入口函数通常是一个无限循环，内部通过延时、信号量或消息队列等机制主动让出 CPU。

二、优先级与时间片：调度器的两个核心参数

RT-Thread 默认支持 256 个优先级，数值越小优先级越高，0 为最高优先级，通常保留给系统线程。调度器采用基于优先级的抢占式调度：当更高优先级线程就绪时，当前线程立即被抢占。相同优先级的线程之间采用时间片轮转调度，每个线程运行一个时间片后让出 CPU。

三、调度器行为：抢占、轮转与临界区

RT-Thread 调度器在以下时机触发：线程主动让出（延时、阻塞）、中断退出、线程被唤醒且优先级高于当前线程、时间片耗尽。调度器从就绪队列中选择最高优先级线程运行。若多个线程优先级相同，则按时间片轮转。

在临界区或中断中，调度器可能被挂起。使用 rt_enter_critical() 和 rt_exit_critical() 可以暂时禁止调度，保护共享资源。但临界区应尽量短，否则会影响系统实时性。

四、线程同步与通信机制回顾

多线程环境下，共享资源的访问必须同步，线程之间也需要通信。RT-Thread 提供了多种机制，按用途可分为同步和通信两类。

• 信号量：用于线程同步和资源计数，支持释放和获取操作，常用于生产者-消费者模型。
• 互斥量：具有优先级继承机制，用于保护临界区，避免优先级反转。
• 事件集：支持“或”与“与”触发，适合多事件等待场景。
• 邮箱：传递固定长度消息，开销小，适合少量数据通信。
• 消息队列：支持变长消息，适合线程间批量数据传输。

五、典型场景与误区复盘

假设一个数据采集系统：采集线程优先级 10，处理线程优先级 15，显示线程优先级 20。采集线程通过消息队列发送数据，处理线程接收并计算，显示线程刷新界面。若采集线程长时间占用 CPU，处理线程无法及时响应，应通过时间片或主动延时让出 CPU。

常见误区包括：

1. 线程栈分配过小，导致栈溢出，系统崩溃或行为异常。
2. 在中断服务程序中调用可能引起阻塞的 API，如信号量获取。
3. 多个线程共享资源却未使用互斥量保护，导致数据竞争。
4. 优先级设置不合理，高优先级线程频繁唤醒，低优先级线程饥饿。
5. 忘记调用 rt_thread_startup()，线程创建后未进入就绪态。