线程是什么

我开始写代码之前，我们得先了解一下线程是什么。参考网上的答案：线程（Thread）是计算机中执行的最小单位，它是进程（Process）内的一个执行流程。线程与进程类似，但是线程之间共享相同的地址空间和其他资源，因此它们之间的切换比进程更高效。线程可以被看作是进程内的一个独立的执行单元，它可以并发执行，与其他线程共享同一进程的资源。在操作系统中，线程由操作系统内核进行管理和调度。线程可以执行任何计算机程序中的任务，并且可以与其他线程同步，共享数据等。

从上面线程定义可以看出，如果把我们的操作系统 myos 当作一个进程的话，线程间的资源又是共享的，那线程又跟函数有什么区别呢。话不多说，我们来动手试试看吧。

函数 vs 线程

首先在第一章代码的基础上，新建一个 src/task.rs 文件并定义几个 task 函数。代码如下：

/*********************************************
 * 线程数据结构，保存线程的运行状态
 * 当前先定义个函数指针，表示这个线程需要执行的任务
 **********************************************/
struct TaskControlBlock {
    pub func : fn(),
}

/* 定义线程创建方法 */
impl TaskControlBlock {
    pub fn new(func: fn()) -> Self {
        Self {
            func: func,
        }
    }
}

/*********************************************
 * 线程管理器，用于调度线程 
 * 备注：
 *  由于我们还没有堆内存，只能用栈内存和全局变量
 *  所以这里不能使用 Vec 数组，只能写死管理 5 个线程
 **********************************************/
struct TaskManager {
    tasks_context : [TaskControlBlock; 5],
}

/* 定义线程管理器创建方法 */
impl TaskManager {
    pub fn new() -> Self {
        Self {
            tasks_context: [
                TaskControlBlock::new(task1),
                TaskControlBlock::new(task2),
                TaskControlBlock::new(task3),
                TaskControlBlock::new(task4),
                TaskControlBlock::new(task5),
            ],
        }
    }
}

/*********************************************
 * 线程任务函数 
 * 每个线程只打印一下信息即可
 **********************************************/
fn task1() {
    println!("this is task1");
}
/* 线程2 */
fn task2() {
    println!("this is task2");
}
/* 线程3 */
fn task3() {
    println!("this is task3");
}
/* 线程4 */
fn task4() {
    println!("this is task4");
}
/* 线程5 */
fn task5() {
    println!("this is task5");
}

/*********************************************
 * 进入线程调度管理
 **********************************************/
pub fn task_run() {
    /* 创建线程管理器 */
    let mut tm = TaskManager::new();
    /* 每个线程轮流执行过去 */
    for mut task in tm.tasks_context {
        (task.func)();
    }
}

上面代码比较简单，注释都讲的比较清楚，我们就不一一讲解。核心思想是定义个线程结构体和线程管理器。由线程管理器负责调度线程运行（顺序执行一次）。在 src/main.rs 中加载并调用试试看效果吧。

mod tasks;
#[no_mangle]
unsafe extern "C" fn rust_entry(_cpu_id: usize, _dtb: usize) {
    clear_bss();
    
    println!("+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++\n\n");
    println!("     Hello myos !!!\n\n");
    println!("+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++\n\n");

    tasks::task_run();
    sbi::shutdown(false);
}

执行 run.sh 测试结果：每个函数都执行一遍并打印正确的结果，但是结果好像又不是我们想要的。问题在于我们的函数是运行完立即退出了，而线程是可以和程序生命周期一样，长时间运行并不退出的。如果每个 task 都加上 loop{} 之后，就会发现卡在第一个线程而不会执行其他线程了。

+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++


     Hello myos !!!


+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++


this is task1
this is task2
this is task3
this is task4
this is task5

线程到底是什么

这里我们得好好思考一下原来的问题，线程到底是什么？根据定义线程间是共享资源的，函数间在进程空间中也是共享资源的，函数和线程的区别在哪里？从上面测试结果可以看到，函数是需要退出的，不然下个函数就无法运行。而我们的线程是可以永久执行的，任意线程不退出的时候都不会影响其他线程运行，而函数是不具备这种特性的。这里，我们终于找到线程和函数的差异了，需要怎么做才能达到以上目的呢。

为了搞定线程，我们必须学习一个新的概念上下文切换（现场保存）。CPU 在运行的时候可能会随时切换线程，在线程切换过程中为了保存当前线程的执行状态，需要将当前 CPU 的寄存器内容和其他相关状态保存到内存中，以便之后能够恢复到原来的执行状态，这个过程也称为上下文切换或者线程保存。

在了解了上下文切换之后，我们就知道了线程和函数的差异在于，线程需要一段内存可以保存当前执行状态，而函数是没有的，这就是实现线程的关键点。当前的执行状态主要包含以下几个：

指令地址（PC）
堆栈地址（SP）
CPU 各个寄存器信息

到此为止，我们已经找到关键所在，下一节我们就照着这个思虑开干（写代码）。

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Rust 写操作系统之线程(一)

线程是什么

函数 vs 线程

线程到底是什么