[发明专利]一种多线程管理方法及架构

说明书

技术领域

本发明涉及技术领域，特别是涉及一种多线程管理方法及架构。

背景技术

线程，也被称为轻量级进程，是程序执行流的最小单元；一个标准的线程由线程ID，当前指令指针、寄存器集合和堆栈组成。另外，线程是进程中的一个实体，是被系统独立调度和分配的基本单元，线程自己不拥有系统资源，只拥有一点自己在运行过程中必不可少的资源，但它可与同属一个进程的其他线程共享进程所拥有的全部资源。一个线程可以创建和撤销另一个线程，同一个进程中的多个线程之间可以并发执行。由于线程之间的相互制约，致使线程在运行过程中呈现出间断性。线程也有就绪、阻塞和运行三种基本状态。每一个程序都至少有一个线程，那就是程序本身。线程是程序中一个单一的顺序控制流程，在单个程序中同时运行多个线程完成不同的工作，称为多线程。

在嵌入式系统中，线程间可以互相切换。比如，某此线程间切换过程如图1所示。在整个过程中，各线程的时间分配如图2所示。其中，时间轴上各时间点的说明为：

(1)0～T1为空闲；

(2)T1～T2为线程1处理需要的时间；

(3)T2～T3为线程1切换到线程2需要的时间；

(4)T3～T4为线程2处理需要的时间；

(5)T4～T5为线程2切换到线程3需要的时间；

(6)T5～T6为线程3处理所需的时间。

由图2可知，处理整个流程所需的时间总开销为(T6-T1)。其中，线程的处理时间开销为(T2-T1)+(T4-T3)+(T6-T5)；线程间切换次数为2次，切换产生的调度时间开销为(T3-T2)+(T5-T4)。由于线程有自己的堆栈，线程间切换时，需要保存程序计数器、上下文指针、运行状态、寄存器组等信息，使得线程间切换的时间开销比较大。而随着线程数量的增加，线程间切换时调度算法的时间复杂度和空间复杂度会相应的增加，同时线程间切换的次数也会增加，这样使得总时间开销与线程数量会呈现出近似平方的关系。因此，当线程个数达到一定数量时，线程切换带来的时间开销是不可忽略的，甚至会严重影响系统的性能。

为了避免线程间切换带来的时间开销过大，现有的解决办法是减少线程数量，减少线程间单次调度的时间开销以及线程间切换的次数。但是，线程数量的减少意味着每个线程需要处理的功能增加，从而造成单个线程功能庞大，结构复杂，对于前期开发以及后期维护都带来极大不便；而且软件架构不易改变，不利于功能扩展和软件升级。

因此，如何降低多个线程的切换带来的时间开销，从而降低整个线程处理过程的总开销是一个值得关注的问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种多线程管理方法及架构，以降低多线程的切换时间开销，技术方案如下：

一种多线程管理方法，适用于由操作系统控制多个线程的架构中，其中，多个线程包括调度线程和处理线程，所述调度线程控制多个纤程实现相应多个处理线程的功能，且所述多个纤程共享其对应调度线程的堆栈资源；所述方法包括：

当前被执行的调度线程获得当前被执行纤程所发送的调度消息，所述调度消息携带有目的标识；

判断所述目的标识是否为自身内部纤程的标识，如果是，则根据所述调度消息，从当前被执行纤程切换到具有目的标识的纤程，以实现线程内部纤程的切换；

否则，将所述调度消息发送至所述目的标识对应的线程，并且在当前被执行纤程执行完毕后，释放相应CPU资源，并保存自身的堆栈信息，以此实现线程间的切换。

其中，所述则根据所述调度消息，从当前被执行纤程切换到具有目的标识的纤程，具体为：

将所述调度消息保存在其对应的存储邮箱中；

在当前被执行纤程执行完毕后，解析所述存储邮箱中的调度消息，并根据解析结果，调度并执行所述目的标识对应的纤程。

其中，当所述目标标识对应的线程为处理线程时，所述目的标识对应的线程对所述调度消息的处理过程包括：

接收所述调度消息；

在所述当前被执行的调度线程的当前被执行纤程执行完毕，并释放相应CPU资源后，从操作系统获得相应CPU资源；

解析所述调度消息，并根据解析结果，由操作系统调度并执行。

其中，当所述目的标识对应的线程为调度线程时，所述目的标识对应的线程对所述调度消息的处理过程包括：

接收所述调度消息；

将所述调度消息放置到所述目的标识对应纤程的存储邮箱中，并将所述目的标识对应的纤程放置到自身的调度队列中；