深入探究RTOS的IPC机制----邮箱

阅读引言： 因为将来工作需要， 最近在深入学习OS的内部机制，我把我觉得重要的、核心的东西分享出来， 希望对有需要的人有所帮助， 阅读此文需要读友有RTOS基础， 以及一些操作系统的基础知识， 学习过Linux的最佳， 特别是想RT-Thread适合Linux非常像的， 代码风格、IPC机制等等。

目录

一、RT-Thread中邮箱的特性

二、 邮箱的源码实现

1，邮箱控制块

2， 创建/初始化邮箱

3， 往邮箱中发送邮件

三、邮箱的简单使用

其实想深入的理解OS的内部工作机制， 无非就是涉及到一个问题， OS使用了那些数据结构组织和管理这些内核对象， 从而实现功能的。RTOS就两点链表和定时器

一、RT-Thread中邮箱的特性

消息队列的本质是链表：
 空闲消息块链表：往队列里写入消息时，先从空闲链表中得到消息块；从队列读出消息后，把消息块放入空闲链表
 消息块头部链表：消息写入消息块后，该消息块被放到尾部；从队列里读消息时，从头部读。


使用消息队列可以传递各类大小的消息，它使用memcpy的方式写入消息、读出消息。


如果我们只是传递很小的数据，比如一些数值，可以使用邮箱：它的效率更高。这一点就可以理解为邮箱和消息队列的区别
 

邮箱在内核中的实现使用的数据结构是一个循环缓冲区， 代码再后面展示

邮箱中的每一封邮件，只能容纳4字节内容（对于32位系统，指针大小刚好为4字节）；发送邮件的源码如下， 邮箱中邮件的大小定死了。


 邮件的发送通常是非阻塞的，线程、中断都可以发送邮件；也可使用阻塞方式发送；
 邮件的接收通常是阻塞的，取决于邮箱中是否有邮件；
 当一个线程向邮箱发送邮件时， 如果邮箱没满，就把数值写入邮箱中
 如果邮箱满了， 发送线程可以直接返回-RT_EFULL， 也可以挂起一段时间，在挂起的期间，别的线程或中断服务程序读了邮箱，会唤醒挂起的线程。


 当一个线程从邮箱接收邮件时：如果邮箱不为空，就读取邮箱中的数值， 如果邮箱为空：接收线可以直接返回-RT_ETIMOUT， 也可以挂起一段时间，在挂起的期间，别的线程或中断服务程序写了邮箱，会唤醒挂起的线程。

二、 邮箱的源码实现

使用邮箱的流程：创建/初始化邮箱、发送邮件、接收邮件、删除/脱离邮箱。

1，邮箱控制块

2， 创建/初始化邮箱

#ifdef RT_USING_HEAP
/*** This function will create a mailbox object from system resource** @param name the name of mailbox* @param size the size of mailbox， 邮箱中邮件的数量, 每一封邮件4byte* @param flag the flag of mailbox， 邮箱采用的等待方式， 优先级， 等待的时间大小** @return the created mailbox, RT_NULL on error happen*/
rt_mailbox_t rt_mb_create(const char *name, rt_size_t size, rt_uint8_t flag)   //flag为邮箱等待方式
{rt_mailbox_t mb;                            //定义一个邮箱结构体指针RT_DEBUG_NOT_IN_INTERRUPT;/* allocate object， 为邮箱这样一个内核对象分配内存空间 */mb = (rt_mailbox_t)rt_object_allocate(RT_Object_Class_MailBox, name);if (mb == RT_NULL)return mb;/* set parent */mb->parent.parent.flag = flag;            //从内核对象的基类继承过来， 初始化成员/* initialize ipc object */rt_ipc_object_init(&(mb->parent));/* initialize mailbox */mb->size     = size;/* 申请邮件的空间， 根据邮件的数量 * 固定大小(4byte) */mb->msg_pool = (rt_ubase_t *)RT_KERNEL_MALLOC(mb->size * sizeof(rt_ubase_t));  //每一封邮件大小4byteif (mb->msg_pool == RT_NULL){/* delete mailbox object */rt_object_delete(&(mb->parent.parent));return RT_NULL;}mb->entry      = 0;mb->in_offset  = 0;mb->out_offset = 0;/* initialize an additional list of sender suspend thread */rt_list_init(&(mb->suspend_sender_thread));return mb;
}
RTM_EXPORT(rt_mb_create);

前面我们说邮箱的数据结构是一个循环缓存区， 是从源码的这个位置看出来的。

  

3， 往邮箱中发送邮件

/*** This function will send a mail to mailbox object. If the mailbox is full,* current thread will be suspended until timeout.** @param mb the mailbox object* @param value the mail* @param timeout the waiting time** @return the error code*/
rt_err_t rt_mb_send_wait(rt_mailbox_t mb,    		//往哪一个邮箱中发送邮件rt_ubase_t   value,        //邮件内容rt_int32_t   timeout)		//超时等待时间
{struct rt_thread *thread;   		//定义一个线程指针register rt_ubase_t temp;		    //unsigned long类型的变量rt_uint32_t tick_delta; 			//unsigned int类型的变量/* parameter check */RT_ASSERT(mb != RT_NULL);RT_ASSERT(rt_object_get_type(&mb->parent.parent) == RT_Object_Class_MailBox);/* initialize delta tick */tick_delta = 0;/* get current thread */thread = rt_thread_self();		//获取自己的线程控制块RT_OBJECT_HOOK_CALL(rt_object_put_hook, (&(mb->parent.parent)));/* disable interrupt */temp = rt_hw_interrupt_disable();/* for non-blocking call， 邮箱中没位置 */if (mb->entry == mb->size && timeout == 0){rt_hw_interrupt_enable(temp);return -RT_EFULL;}/* mailbox is full 当邮箱中没位置时， 设置了超时时间的情况 */while (mb->entry == mb->size){/* reset error number in thread */thread->error = RT_EOK;/* no waiting, return timeout */if (timeout == 0){/* enable interrupt */rt_hw_interrupt_enable(temp);return -RT_EFULL;}RT_DEBUG_IN_THREAD_CONTEXT;/* suspend current thread */rt_ipc_list_suspend(&(mb->suspend_sender_thread),thread,mb->parent.parent.flag);/* has waiting time, start thread timer */if (timeout > 0){/* get the start tick of timer */tick_delta = rt_tick_get();RT_DEBUG_LOG(RT_DEBUG_IPC, ("mb_send_wait: start timer of thread:%s\n",thread->name));/* reset the timeout of thread timer and start it */rt_timer_control(&(thread->thread_timer),RT_TIMER_CTRL_SET_TIME,&timeout);rt_timer_start(&(thread->thread_timer));}/* enable interrupt */rt_hw_interrupt_enable(temp);/* re-schedule */rt_schedule();/* resume from suspend state */if (thread->error != RT_EOK){/* return error */return thread->error;}/* disable interrupt */temp = rt_hw_interrupt_disable();/* if it's not waiting forever and then re-calculate timeout tick */if (timeout > 0){tick_delta = rt_tick_get() - tick_delta;timeout -= tick_delta;if (timeout < 0)timeout = 0;}}/* set ptr */mb->msg_pool[mb->in_offset] = value;/* increase input offset */++ mb->in_offset;if (mb->in_offset >= mb->size)mb->in_offset = 0;if(mb->entry < RT_MB_ENTRY_MAX){/* increase message entry */mb->entry ++;}else{rt_hw_interrupt_enable(temp); /* enable interrupt */return -RT_EFULL; /* value overflowed */}/* resume suspended thread */if (!rt_list_isempty(&mb->parent.suspend_thread)){rt_ipc_list_resume(&(mb->parent.suspend_thread));/* enable interrupt */rt_hw_interrupt_enable(temp);rt_schedule();return RT_EOK;}/* enable interrupt */rt_hw_interrupt_enable(temp);return RT_EOK;
}
RTM_EXPORT(rt_mb_send_wait);

三、邮箱的简单使用

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