原创 Protothread机制文档（contiki-2.6\doc\pt-doc.txt）

 

Protothread 是一种轻型，栈使用少的线程。这种线程为，如嵌入式系统或传感器结点，等内存受限系统而设计。

Protothread用C实现了事件驱动系统的线性执行速度的代码。Protothread可以用于或不用于RTOS（实时系统）。

 

Protothread是一种优秀的轻型，栈小的线程。它提供了在事件驱动系统上的阻塞机制，且没有传统线程的开销。Protothread的目的是不使用复杂的状态机或者传统线程（full multi-threading）。Protothread提供了在C函数内部的条件阻塞。

 

Protothread与单纯的事件驱动方法相比优势在于，它为阻塞函数提供了顺序代码结构。在纯粹的事件驱动系统中，必需人为地将函数分为两部分：一部分代码用于阻塞调用前，另一部分代码用于阻塞调用后。这使它很难使用if或者while等控制结构。

 

Protothread与传统线程（ ordinary threads）相比的优势是Protothread不需要独立的栈空间。在内存受限系统中，分配多线程栈空间的开销会浪费大量可用的内存。相比之下，由于架构不同（即芯片架构），每一个Protothread只需要2个到12个状态字节。

 

\note

因为Protothread在阻塞调用时，不保存堆栈信息，所以在使用Protothread线程阻塞时，不保存局部变量。这意味着，在使用局部变量时，要十分小心。如果拿不准，在Protothread线程中，不要使用局部变量。

 

主要特性：

——没有特殊的汇编代码——Protothrea库文件，全部用C写成

——没有用易于出错的函数，像longjmp()

——很小的RAM开销——每个Protothread线程只要两个字节

——可以使用或不使用OS。

——提供没有传统多线程（full multi-threading ）或栈切换的阻塞等待

 

应用举例：

——内存受限系统

——事件驱动协议栈

——深度嵌入式系统

——传感器网络节点

 

Protothread线程API有四种基本操作组成：

初始化：PT_INIT();

执行：PT_BEGIN();

条件阻塞：PT_WAIT_UNTIL();

退出：PT_END()。

除了以上这些，为了方便，实现了两个函数：

反相条件阻塞（reversed condition blocking，拿不准确）：PT_WAIT_WHILE();

Protothread阻塞：PT_WAIT_THREAD();

 

\sa \ref pt "Protothreads API documentation"
 

Protothread线程库采用BSD-style License，它允许商业和非商业使用。The only requirement is that credit is given。

 

\section authors Authors

Protothread线程库，由Adam Dunkels写就，得到了Oliver@sics.se> Schmidt的帮助。

\section pt-desc Protothreads@web.de>

Protothread是一种优秀的轻型，栈小的线程。它提供了在事件驱动系统上的阻塞机制，且没有传统线程的开销。Protothread的目的是不使用复杂的状态机或者传统线程（full multi-threading）。Protothread提供了在C函数内部的条件阻塞。

 

在内存受限系统中，如深度嵌入式系统，传统多线程(traditional multi-threading)或许存在很大的内存开销。在传统的多线程中，每个线程需要自己独立的栈空间。这些栈空间，或许使用了大量可用的内存。

 

Protothread与传统线程（ ordinary threads）相比，主要优势在于Protothread十分轻量型：一个Protothread线程不需要独立的栈空间，而是所有的Protothread线程使用同一个栈空间。任务切换（ context

switching）通过栈覆盖（ stack rewinding）完成。这在内存受限系统中有很大的优势。在这些系统中，栈对应一个线程（全部内存只有一个堆栈，所有线程共同使用这一个堆栈），或许有大量可用内存。每个Protothread只需要两个字节。而且，Protothread完全使用C实现，没有任何特定的汇编代码。

 

Protothread运行在单一的C函数内，且不能跨函数使用。一个Protothread或许可以调用一般的C函数，但是不能在被调函数中阻塞。将潜在阻塞的函数写成一个单独的Protothread，替代调用内部嵌套阻塞的函数。这种写法的优势在于阻塞是显式的，我们清楚地了解哪一个函数阻塞了，哪一个函数不会阻塞。

 

Protothread线程有些像co-routins协程（本质上一种轻量级的线程，几种架构：多进程，多线程，非阻塞/异步IO（callback），Coroutine模型）。本质的区别在于，每个Coroutine协程需要独立的栈空间，而protothread使用栈空间很少。和protothread机制最像的是Python生成器。它也是一种使用栈空间少的结构，但是目的不一样。Protothread在一个C函数内部阻塞任务（blocking contexts），而Python生成器提供一个多退出口的生成函数。

 

\section pt-autovars Local variables

\note

由于Protothread在调用阻塞时，不保护栈内容。在protothread阻塞时，不保存局部变量。这意味着，在使用局部变量时，要十分小心。如果拿不准，不要在protothread中使用局部变量。

 

\section pt-scheduling Scheduling

每一次发生调用时，protothread将运行到它阻塞或退出。

因此，由使用protothread的应用程序，完成protothread的调度。

 

\section pt-impl Implementation

Protothread使用lc（local continuations）实现。一个lc（local continuation）表示执行时在程序中的实际位置（即函数的状态），但是没有保存任何调用记录和局部变量。lc(local continuation)在一个特定的函数内设定，以捕获函数的状态（即运行的实际位置）。在lc(local continuation)已经设置的地方，可以恢复到函数设置它的状态。

 

lc可以有多种实现方式：

——#使用特定的汇编代码

——#使用标准C的结构 

——#使用编译器扩展

 

第一种方法，是保存和恢复除栈指针外的处理器状态，每个protothread需要16-32个字节内存，确切需要的内存量取决于内核架构（芯片的内核结构）。

 

使用标准C实现，每个protothread仅需2字节。使用隐式的switch语句像是 Duff's device（见注1）。

然而，这种实现对于代码引入了一个小小的限制，即在使用protothread线程的代码中，不能使用switch语句。

 

一些编译器有C扩展，可以用来实现protothread。GCC支持标签指针（label pointers），它可以用于实现protothread。这种扩展使每个protothread需要4个字节（即一个指针的大小）的内存空间。

@{


*/

/** @} */
/** @} */

 

注：

1、http://blog.csdn.net/subkiller/article/details/5987944

Duff's device