[導讀] 前面寫了些文章分享C語言面向對象設計的一些我的體會，我的認爲RT-Thread內核對於面向對象實現思想是一個很是好的設計。向這些在基礎軟件上深耕的國人大牛們致敬。本文基於學習RT-Thread內核設計的初衷，來分享一下我的對於其內核對象子系統設計的理解與體會。在此，也給各位RT-Thread原創大牛們打call，分享本文也指望有更多的盆友去學習並使用RT_Thread。
RT-Tread內核架構
RT-Thread，全稱是 Real Time-Thread，顧名思義，它是一個嵌入式實時多線程操做系統，基本屬性之一是支持多任務，容許多個任務同時運行並不意味着處理器在同一時刻真地執行了多個任務。其內核架構以下圖所示：node
RT-Thread 內核及底層結構web
對於各部分的功能，這裏不作展開描述。RT-Tread內核吸引個人方面：算法
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代碼優雅、可讀性很是高 -
體積小巧、代碼類Linux風格，可裁剪 -
社區活躍，國人自主開發，用戶愈來愈多 -
優秀的設計，對於面向對象設計思想能夠說是很是優秀的實踐 -
主要定位於物聯網應用，各類組件豐富，融合的也很好 -
........
因此若是是RTOS應用或者開發從業者，面對這麼優秀且比較容易深刻學習的內核，若是不去好好讀讀，實在有點惋惜。要去體會RT-Thread對象設計思想，從其對內核對象object的管理入手，不失爲一個很是好的切入點。微信
什麼是RT-Thread內核對象管理？
RT-Thread 採用內核對象管理系統來訪問 / 管理全部內核對象，內核對象包含了內核中絕大部分設施，這些內核對象既能夠是靜態分配的靜態對象，也能夠是從系統內存堆中分配的動態對象。經過這種內核對象的設計方式，RT-Thread 作到了不依賴於具體的內存分配方式，系統的靈活性獲得極大的提升。數據結構
RT-Thread 內核對象包括：線程，信號量，互斥量，事件，郵箱，消息隊列和定時器，內存池，設備驅動等。對象容器中包含了每類內核對象的信息，包括對象類型，大小等。對象容器給每類內核對象分配了一個鏈表，全部的內核對象都被連接到該鏈表上，如圖 RT-Thread 的內核對象容器及鏈表以下圖所示：多線程
RT-Thread 的內核對象容器及鏈表架構
參考自：https://www.rt-thread.org/document/site/programming-manual/basic/basic/#_7app
這個集中管理的內核對象容器在內存的開銷方面代價很小，但卻具備高度的靈活性，從設計的角度看其代碼也很是利於擴展，增長新的內核對象類別，以及對於相應的內核對象功能的裁剪適配。less
內核對象主要幹什麼？
RT-Thread內核對象子系統其主體實現代碼爲object.c,本文嘗試從總體到局部來嘗試解讀其設計思想。object.c這個子系統從外部以黑盒的角度看，就我的理解主要實現了這樣些用例需求：編輯器
因此我的理解內核對象管理器，主要是爲其餘內核功能模塊提供數據管理支撐，屬於內核底層支持功能組件，並從設計上兼顧了可擴展、可裁剪的需求。
怎麼實現的呢？
RT-Thread內核對象子系統其主要核心數據結構以下：
其中rt_object_class_type枚舉定義內核對象類別：
enum rt_object_class_type
{
RT_Object_Class_Null = 0, /* 未使用 */
RT_Object_Class_Thread, /* thread對象 */
RT_Object_Class_Semaphore, /* semaphore對象 */
RT_Object_Class_Mutex, /* mutex對象 */
RT_Object_Class_Event, /* event對象 */
RT_Object_Class_MailBox, /* mail box對象 */
RT_Object_Class_MessageQueue, /* message queue */
RT_Object_Class_MemHeap, /* memory heap */
RT_Object_Class_MemPool, /* memory pool */
RT_Object_Class_Device, /* device對象 */
RT_Object_Class_Timer, /* timer對象 */
RT_Object_Class_Module, /* module */
RT_Object_Class_Unknown, /* unknown */
RT_Object_Class_Static = 0x80 /*8位類型變量高位置1表示靜態對象 */
};
而rt_object_information則抽象了對象類型，加入了一個雙向鏈表指針數據域rt_list_node，從而將同類別的內核對象利用該雙鏈指針連接起來，這些同類別的內核對象具備以下可能的特色：
-
可能在軟件運行時生成，也可能在os初始化建立。 -
其存儲類型可能爲靜態類型，也可能爲動態類型（所謂動態類型這裏是確指在內核堆上動態申請的內存區域用於存儲相應的內核對象）。 -
在內存空間中，其位置並不連續。
如此以來，將這些內核對象在空間上不連續的變量，利用鏈表造成了可統一管理、可增可刪、可檢索的邏輯結構。
而rt_object_container內核容器，其本質是一個內核對象索引表，主要集中管理了下面的信息：
-
enum rt_object_class_type type：內核對象類別，每項表記錄條目的類別 -
rt_list_t object_list:每類對象鏈表的頭結點的鏈表指針數據域 -
rt_size_t object_size：該類個體的大小
利用宏將相應的鏈表進行選編譯，在內核關鍵數據進行了裁剪管理。而對於內核自己的擴展性而言，若是須要增長新的內核功能，能夠方便的增長新的內核對象類，並能方便的加入到這個內核對象容器中，利用公共的對外接口，實現統一管理，而沒必要對數據管理層進行額外的接口設計。
實現了哪些對外接口呢？
有了這樣一個優雅的數據結構設計，那麼基於這樣一個數據結構設計，相應就很容易實現其內核對象集中管理的對外服務接口，那麼其主要的服務接口有哪些呢？
其中一部分主要接口實現對象的增長\刪除\檢索等，這裏以rt_object_init接口爲例，來簡要分析一下其實現：
void rt_object_init(struct rt_object *object,
enum rt_object_class_type type,
const char *name)
{
register rt_base_t temp;
struct rt_list_node *node = RT_NULL;
struct rt_object_information *information;
#ifdef RT_USING_MODULE
struct rt_dlmodule *module = dlmodule_self();
#endif
/*1. 在容器中找到這是什麼對象類*/
information = rt_object_get_information(type);
RT_ASSERT(information != RT_NULL);
/* check object type to avoid re-initialization */
/* 進入臨界區保護 */
rt_enter_critical();
/* try to find object */
for (node = information->object_list.next;
node != &(information->object_list);
node = node->next)
{
struct rt_object *obj;
obj = rt_list_entry(node, struct rt_object, list);
if (obj) /* skip warning when disable debug */
{
RT_ASSERT(obj != object);
}
}
/* 離開臨界區 */
rt_exit_critical();
/* 初始化對象參數，並置爲靜態標記 */
object->type = type | RT_Object_Class_Static;
rt_strncpy(object->name, name, RT_NAME_MAX);
RT_OBJECT_HOOK_CALL(rt_object_attach_hook, (object));
/* 禁止硬件中斷 */
temp = rt_hw_interrupt_disable();
#ifdef RT_USING_MODULE
if (module)
{
rt_list_insert_after(&(module->object_list), &(object->list));
object->module_id = (void *)module;
}
else
#endif
{
/* 對象插入容器中相應對象分支鏈連 */
rt_list_insert_after(&(information->object_list), &(object->list));
}
/* 開硬件中斷 */
rt_hw_interrupt_enable(temp);
}
-
對於內核對象增長\刪除其主要就是利用內核容器首先檢索到鏈表頭結點，而後再進一步作雙向鏈表的基本操做，這裏對於具體如何操做鏈表就不作展開贅述了。 -
對於內核對象相關數據域的檢索、查詢有了明確的數據結構，以及能檢索到結點鏈表指針，因爲結點鏈表指針與相應內核對象各數據域具備肯定的相對位置關係，因此檢索而言是很是易於實現的。
而對於動態內核對象而言，其差別在於內核對象自己是動態申請的，這裏須要注意的是向內核堆申請的，而不是C堆申請的，至於什麼是內核堆，以及爲何要設計內核堆，以前有寫過一篇文章分享，有興趣能夠去看看。
內核對象有什麼相互繼承關係？
RT-Thread管網上給出了這樣一個相互關係圖：
若是不去具體看相應數據結構，或許不易理解爲啥有這樣一張圖。這裏以上圖中其中幾個內核對象來擼一擼其相互關係：
或許有盆友會問，爲啥rt_thread對象中明明沒有直接包含rt_object，那爲啥說rt_thread也是繼承自rt_object呢？若是你細看看上圖rt_thread中紅框框出來的數據域就恍然大悟了，即使沒有直接包含，但在內存中框裏的內容就是rt_object的數據內容，因此利用指針轉換就能夠方便訪問了，至於爲何是這樣？我想多是歷史緣由吧？因此rt_thread結構體前面幾個數據域的位置是不能夠修改的。這裏還有盆友可能會問爲何ipc線程通訊相關內核對象須要單獨拎出來一個父結構體呢？我想應該是此類具備相同的一些共性，具備一些相似的特色。這也是對象設計提取共性進而抽象封裝的一個體現。
總結一下
本文大體學習總結了一下RT-Thread內核對象子系統的設計思路的理解，從這裏我的總結了一些啓示：
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軟件是數據結構+算法，而良好的數據結構設計是優雅算法的基礎，因此在工程開發中，如何設計好的數據結構抽象是一個能夠深刻挖掘的話題 -
RT-Thread的內核對象設計我的認爲很是易於理解，也是一個最佳實踐。若有興趣能夠細細體會，多多揣摩。
本文分享自微信公衆號 - 嵌入式客棧（embInn）。
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