[导读] 前面写了些文章分享C语言面向对象设计的一些我的体会，我的认为RT-Thread内核对于面向对象实现思想是一个很是好的设计。向这些在基础软件上深耕的国人大牛们致敬。本文基于学习RT-Thread内核设计的初衷，来分享一下我的对于其内核对象子系统设计的理解与体会。在此，也给各位RT-Thread原创大牛们打call，分享本文也指望有更多的盆友去学习并使用RT_Thread。
RT-Tread内核架构
RT-Thread，全称是 Real Time-Thread，顾名思义，它是一个嵌入式实时多线程操做系统，基本属性之一是支持多任务，容许多个任务同时运行并不意味着处理器在同一时刻真地执行了多个任务。其内核架构以下图所示：node
RT-Thread 内核及底层结构web
对于各部分的功能，这里不作展开描述。RT-Tread内核吸引个人方面：算法
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代码优雅、可读性很是高 -
体积小巧、代码类Linux风格，可裁剪 -
社区活跃，国人自主开发，用户愈来愈多 -
优秀的设计，对于面向对象设计思想能够说是很是优秀的实践 -
主要定位于物联网应用，各类组件丰富，融合的也很好 -
........
因此若是是RTOS应用或者开发从业者，面对这么优秀且比较容易深刻学习的内核，若是不去好好读读，实在有点惋惜。要去体会RT-Thread对象设计思想，从其对内核对象object的管理入手，不失为一个很是好的切入点。微信
什么是RT-Thread内核对象管理？
RT-Thread 采用内核对象管理系统来访问 / 管理全部内核对象，内核对象包含了内核中绝大部分设施，这些内核对象既能够是静态分配的静态对象，也能够是从系统内存堆中分配的动态对象。经过这种内核对象的设计方式，RT-Thread 作到了不依赖于具体的内存分配方式，系统的灵活性获得极大的提升。数据结构
RT-Thread 内核对象包括：线程，信号量，互斥量，事件，邮箱，消息队列和定时器，内存池，设备驱动等。对象容器中包含了每类内核对象的信息，包括对象类型，大小等。对象容器给每类内核对象分配了一个链表，全部的内核对象都被连接到该链表上，如图 RT-Thread 的内核对象容器及链表以下图所示：多线程
RT-Thread 的内核对象容器及链表架构
参考自：https://www.rt-thread.org/document/site/programming-manual/basic/basic/#_7app
这个集中管理的内核对象容器在内存的开销方面代价很小，但却具备高度的灵活性，从设计的角度看其代码也很是利于扩展，增长新的内核对象类别，以及对于相应的内核对象功能的裁剪适配。less
内核对象主要干什么？
RT-Thread内核对象子系统其主体实现代码为object.c,本文尝试从总体到局部来尝试解读其设计思想。object.c这个子系统从外部以黑盒的角度看，就我的理解主要实现了这样些用例需求：编辑器
因此我的理解内核对象管理器，主要是为其余内核功能模块提供数据管理支撑，属于内核底层支持功能组件，并从设计上兼顾了可扩展、可裁剪的需求。
怎么实现的呢？
RT-Thread内核对象子系统其主要核心数据结构以下：
其中rt_object_class_type枚举定义内核对象类别：
enum rt_object_class_type
{
RT_Object_Class_Null = 0, /* 未使用 */
RT_Object_Class_Thread, /* thread对象 */
RT_Object_Class_Semaphore, /* semaphore对象 */
RT_Object_Class_Mutex, /* mutex对象 */
RT_Object_Class_Event, /* event对象 */
RT_Object_Class_MailBox, /* mail box对象 */
RT_Object_Class_MessageQueue, /* message queue */
RT_Object_Class_MemHeap, /* memory heap */
RT_Object_Class_MemPool, /* memory pool */
RT_Object_Class_Device, /* device对象 */
RT_Object_Class_Timer, /* timer对象 */
RT_Object_Class_Module, /* module */
RT_Object_Class_Unknown, /* unknown */
RT_Object_Class_Static = 0x80 /*8位类型变量高位置1表示静态对象 */
};
而rt_object_information则抽象了对象类型，加入了一个双向链表指针数据域rt_list_node，从而将同类别的内核对象利用该双链指针连接起来，这些同类别的内核对象具备以下可能的特色：
-
可能在软件运行时生成，也可能在os初始化建立。 -
其存储类型可能为静态类型，也可能为动态类型（所谓动态类型这里是确指在内核堆上动态申请的内存区域用于存储相应的内核对象）。 -
在内存空间中，其位置并不连续。
如此以来，将这些内核对象在空间上不连续的变量，利用链表造成了可统一管理、可增可删、可检索的逻辑结构。
而rt_object_container内核容器，其本质是一个内核对象索引表，主要集中管理了下面的信息：
-
enum rt_object_class_type type：内核对象类别，每项表记录条目的类别 -
rt_list_t object_list:每类对象链表的头结点的链表指针数据域 -
rt_size_t object_size：该类个体的大小
利用宏将相应的链表进行选编译，在内核关键数据进行了裁剪管理。而对于内核自己的扩展性而言，若是须要增长新的内核功能，能够方便的增长新的内核对象类，并能方便的加入到这个内核对象容器中，利用公共的对外接口，实现统一管理，而没必要对数据管理层进行额外的接口设计。
实现了哪些对外接口呢？
有了这样一个优雅的数据结构设计，那么基于这样一个数据结构设计，相应就很容易实现其内核对象集中管理的对外服务接口，那么其主要的服务接口有哪些呢？
其中一部分主要接口实现对象的增长\删除\检索等，这里以rt_object_init接口为例，来简要分析一下其实现：
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. 在容器中找到这是什么对象类*/
information = rt_object_get_information(type);
RT_ASSERT(information != RT_NULL);
/* check object type to avoid re-initialization */
/* 进入临界区保护 */
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);
}
}
/* 离开临界区 */
rt_exit_critical();
/* 初始化对象参数，并置为静态标记 */
object->type = type | RT_Object_Class_Static;
rt_strncpy(object->name, name, RT_NAME_MAX);
RT_OBJECT_HOOK_CALL(rt_object_attach_hook, (object));
/* 禁止硬件中断 */
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
{
/* 对象插入容器中相应对象分支链连 */
rt_list_insert_after(&(information->object_list), &(object->list));
}
/* 开硬件中断 */
rt_hw_interrupt_enable(temp);
}
-
对于内核对象增长\删除其主要就是利用内核容器首先检索到链表头结点，而后再进一步作双向链表的基本操做，这里对于具体如何操做链表就不作展开赘述了。 -
对于内核对象相关数据域的检索、查询有了明确的数据结构，以及能检索到结点链表指针，因为结点链表指针与相应内核对象各数据域具备肯定的相对位置关系，因此检索而言是很是易于实现的。
而对于动态内核对象而言，其差别在于内核对象自己是动态申请的，这里须要注意的是向内核堆申请的，而不是C堆申请的，至于什么是内核堆，以及为何要设计内核堆，以前有写过一篇文章分享，有兴趣能够去看看。
内核对象有什么相互继承关系？
RT-Thread管网上给出了这样一个相互关系图：
若是不去具体看相应数据结构，或许不易理解为啥有这样一张图。这里以上图中其中几个内核对象来撸一撸其相互关系：
或许有盆友会问，为啥rt_thread对象中明明没有直接包含rt_object，那为啥说rt_thread也是继承自rt_object呢？若是你细看看上图rt_thread中红框框出来的数据域就恍然大悟了，即使没有直接包含，但在内存中框里的内容就是rt_object的数据内容，因此利用指针转换就能够方便访问了，至于为何是这样？我想多是历史缘由吧？因此rt_thread结构体前面几个数据域的位置是不能够修改的。这里还有盆友可能会问为何ipc线程通讯相关内核对象须要单独拎出来一个父结构体呢？我想应该是此类具备相同的一些共性，具备一些相似的特色。这也是对象设计提取共性进而抽象封装的一个体现。
总结一下
本文大体学习总结了一下RT-Thread内核对象子系统的设计思路的理解，从这里我的总结了一些启示：
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软件是数据结构+算法，而良好的数据结构设计是优雅算法的基础，因此在工程开发中，如何设计好的数据结构抽象是一个能够深刻挖掘的话题 -
RT-Thread的内核对象设计我的认为很是易于理解，也是一个最佳实践。若有兴趣能够细细体会，多多揣摩。
本文分享自微信公众号 - 嵌入式客栈（embInn）。
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