核心速览

线程

进程：系统资源分配的最小单位，拥有独立地址空间
线程：进程内独立执行的最小单位，共享进程资源

线程是一个内核对象，用于处理因太长或太复杂而无法由 ISR 执行的应用程序。

应用程序可以定义任意数量的线程（仅受可用 RAM 限制）。每个线程都由一个线程 ID引用，该 ID 在线程创建时分配。

线程状态

不存在任何阻止其执行的因素的线程被视为Ready，并且有资格被选为当前线程。

如果有一个或多个因素阻止其执行，则线程将被视为unReady，并且不能被选为当前线程。

任务/线程状态说明

图中转换术语/箭头标注

Zephyr 常见 API 映射速查

记忆要点

线程堆栈对象

每个线程都需要自己的堆栈缓冲区，以便 CPU 推送上下文。

核心速览

• 在未开启用户态 (CONFIG_USERSPACE) 的普通配置里：每个线程只有“一段栈”，既是线程栈也是内核执行用栈；谈不上区分。
• 在启用用户态/特权分离时：一个“线程堆栈对象”逻辑上包含（或关联）两段用途不同的栈：用户线程栈（User / Thread Stack）+ 特权/内核栈（Privileged / Kernel Stack）。线程在用户态运行时用用户栈，陷入系统调用或进入内核 特权区段时切换到该线程自己的内核栈。
• 另有“中断栈”(ISR stack) 常是全局独立的一段，与每个线程的两段无直接重叠，用于中断服务例程，目的：减小每个线程预留空间。

术语定义

为什么需要区分（开启用户态时）

1. 安全隔离：用户代码不应随意读写内核的调用帧与局部变量。通过切换到独立的特权栈，用户态即便栈溢出也难以破坏内核。
2. 减少攻击面：系统调用入口只保存/恢复有限上下文到内核栈；用户栈指针在内核态被隔离不用。
3. 更容易做 MPU / MMU 保护：用户栈可设为用户权限读写；内核栈仅特权访问。
4. 内核栈尺寸可更小：内核路径较浅（系统调用包装+少量调度/对象操作），不需要和用户函数一样的深度。

配置选项（示例）

线程栈静态与动态实例化宏速查

注意：开启 CONFIG_USERSPACE 时，给出的 size 表示“用户线程栈”目标大小；实际占用会再加上特权栈、保护区等，因此需要用 K_THREAD_STACK_SIZEOF（静态）或 K_THREAD_STACK_LEN（动态）获取最终字节数。

快速记忆：

静态：K_THREAD_STACK_DEFINE + K_THREAD_STACK_SIZEOF
动态：K_THREAD_STACK_LEN 计算，再 k_malloc + k_thread_create
放结构体：K_THREAD_STACK_MEMBER
特权专用：K_KERNEL_STACK_DEFINE

线程优先级

线程的优先级是一个整数值，可以是负数，也可以是非负数。数值较低的优先级优先于数值较高的优先级。

调度程序根据每个线程的优先级区分两类线程。

• 协作线程的优先级为负数。一旦成为当前线程，协作线程将一直保持当前线程状态，直到执行使其变为非就绪状态的操作。

• 可抢占线程具有非负优先级值。一旦成为当前线程，只要协作线程、更高或同等优先级的可抢占线程就绪，它就可能随时被取代。

线程启动后，其初始优先级可以调高或调低。因此，通过改变优先级，可抢占线程可以变为协作线程，反之亦然。

Meta-IRQ 优先级

Meta-IRQ 优先级是 Zephyr 中介于 “真正的硬件中断 (ISR)” 和 “普通线程” 之间的一类特殊线程优先级层次。它让一段必须在“几乎与中断一样快”执行、又需要线程上下文（允许使用比 ISR 更宽松的 API）的小代码块，在中断退出后、任何普通线程恢复运行之前立即得到调度。

调度层级关系（从高到低）

1. 硬件 ISR（可嵌套）
2. ISR 退出后就绪的 Meta-IRQ 线程
3. 最高优先级的 cooperative 线程
4. 其他 cooperative 线程
5. 各级 preemptive 线程（普通抢占式）
6. 空闲线程

核心特性

与其他上下文对比

配置项关键

创建线程

• 创建线程：k_thread_create()
• 静态分配堆栈：
  • K_THREAD_STACK_DEFINE(name, size) 使用普通线程栈（放在线程上下文）
  • K_KERNEL_STACK_DEFINE(name, size) 分配“内核专用”栈（仅在需要单独内核栈的配置下使用）
• 动态分配堆栈：
  • k_thread_stack_alloc(size)：运行时分配线程栈
  • k_thread_stack_free(ptr)：释放动态栈，在线程结束后调用

运行时创建（静态栈）示例

#define MY_STACK_SIZE 500          /* 线程栈字节数（需≥最小栈要求，调试可加大） */
#define MY_PRIORITY   5            /* 数值越小优先级越高；确认调度策略 */

extern void my_entry_point(void *, void *, void *); /* 线程入口，固定三个 void* 参数 */

K_THREAD_STACK_DEFINE(my_stack_area, MY_STACK_SIZE); /* 定义一块可用于普通线程的栈内存 */
struct k_thread my_thread_data;                      /* 线程控制块（TCB），需保持存活 */

k_tid_t my_tid = k_thread_create(&my_thread_data,         /* 线程控制块指针 */
                                 my_stack_area,           /* 栈指针（宏定义区域名） */
                                 K_THREAD_STACK_SIZEOF(my_stack_area), /* 计算实际可用大小（含填充） */
                                 my_entry_point,          /* 入口函数 */
                                 NULL, NULL, NULL,        /* 传递给入口的 p1,p2,p3 */
                                 MY_PRIORITY,             /* 线程优先级 */
                                 0,                       /* 线程选项 flags（如必要可传 K_INHERIT_PERMS 等） */
                                 K_NO_WAIT);              /* 启动延时：K_NO_WAIT 立即就绪 */

说明：

• 使用该方式可以在运行时按需创建多个线程，需自行管理其生命周期。
• 若线程需要手动结束，可在线程函数内 return，或外部 k_thread_abort(my_tid)。

编译期定义（宏自动打包）

#define MY_STACK_SIZE 500
#define MY_PRIORITY   5

extern void my_entry_point(void *, void *, void *);

K_THREAD_DEFINE(my_tid,              /* 线程符号（同时也是 k_tid_t） */
                MY_STACK_SIZE,       /* 栈大小 */
                my_entry_point,      /* 入口函数 */
                NULL, NULL, NULL,    /* p1,p2,p3 参数 */
                MY_PRIORITY,         /* 优先级 */
                0,                   /* 线程选项 */
                0);                  /* 启动延时：0 == 立即调度 */

说明：

• 宏自动生成：栈、TCB、线程句柄并放入指定段，系统启动时创建并启动。
• 适合固定常驻线程，减少手写样板代码。

动态分配栈 + 等待结束 + 释放

#define MY_PRIORITY 5
extern void my_entry_point(void *, void *, void *);

struct k_thread my_thread_data;
k_tid_t my_tid;
void *my_stack_area;

/* 动态分配一块线程栈；大小通常使用配置项或自定义值 */
my_stack_area = k_thread_stack_alloc(CONFIG_DYNAMIC_THREAD_STACK_SIZE);
if (my_stack_area == NULL) {
    /* 分配失败的错误处理 */
}

my_tid = k_thread_create(&my_thread_data,
                         my_stack_area,
                         CONFIG_DYNAMIC_THREAD_STACK_SIZE,
                         my_entry_point,
                         NULL, NULL, NULL,
                         MY_PRIORITY, 0, K_NO_WAIT);

/* 等待线程结束（需要启用 CONFIG_THREAD_JOINABLE / 或自动支持 join 的配置） */
k_thread_join(my_tid, K_FOREVER);

/* 线程已结束，回收动态栈内存 */
k_thread_stack_free(my_stack_area);

说明：

• 适合线程数量/栈需求“波动”场景，释放后可降低内存占用峰值。
• 一定要在确认线程结束（join 成功）后再 free 栈，否则会出现悬空访问。
• 若使用超短生命周期线程，考虑线程池或 workqueue 以降低频繁创建销毁开销。

快速对照

参考链接：

[1] 深入调度器

[2] 官方文档