esp-idf/docs/zh_CN/api-guides/thread-local-storage.rst

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线程局部存储
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:link_to_translation:`en:[English]`
概述
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线程局部存储 (TLS) 机制可以分配变量使每个现有的线程都有相应变量实例。ESP-IDF 提供了以下三种方法,支持使用此类变量:
- :ref:`freertos-native`ESP-IDF FreeRTOS 原生 API。
- :ref:`pthread-api`ESP-IDF pthread API。
- :ref:`c11-std`C11 标准引入了特殊关键字,将变量声明为线程局部变量。
.. _freertos-native:
FreeRTOS 原生 API
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ESP-IDF FreeRTOS 提供以下 API用于管理线程局部变量
- :cpp:func:`vTaskSetThreadLocalStoragePointer`
- :cpp:func:`pvTaskGetThreadLocalStoragePointer`
- :cpp:func:`vTaskSetThreadLocalStoragePointerAndDelCallback`
此时,可以分配的最大变量数量受 :ref:`CONFIG_FREERTOS_THREAD_LOCAL_STORAGE_POINTERS` 限制。变量保存在任务控制块 (TCB) 中,并由其索引访问。注意,索引 0 保留,供 ESP-IDF 内部使用。
通过使用上述 API你可以分配任意大小的线程局部变量并将其分配给任意数量的任务。不同任务可以拥有不同的 TLS 变量集。
如果变量大小超过 4 个字节,你需要负责为其分配/释放内存。在任务删除时FreeRTOS 会释放变量,但必须提供回调函数来适当清理。
.. _pthread-api:
Pthread API
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ESP-IDF 提供以下 :doc:`/api-reference/system/pthread`,用于管理线程局部变量:
- :cpp:func:`pthread_key_create`
- :cpp:func:`pthread_key_delete`
- :cpp:func:`pthread_getspecific`
- :cpp:func:`pthread_setspecific`
Pthread API 具备 FreeRTOS 原生 API 的所有优点,并突破了 FreeRTOS 原生 API 的部分限制,如变量数量仅受堆上可用内存大小的限制。然而由于 Pthread API 具备动态性质,与原生 API 相比,这个 API 引入了额外的性能开销。
.. _c11-std:
C11 标准
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ESP-IDF FreeRTOS 支持基于 C11 标准的线程局部变量,使用 ``__thread`` 关键字指定。要了解 GCC 功能详情,请参阅 `GCC 文档 <https://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc-5.5.0/gcc/Thread-Local.html#Thread-Local>`_
这类变量的存储空间分配在任务栈上。请注意即使任务根本不使用这些变量程序中所有这类变量的存储区域都会在系统中每个任务的栈上分配。例如ESP-IDF 系统任务(如 ``ipc````timer`` 任务等)也有额外的栈空间分配。因此,使用这个特性时,需要谨慎考虑。
在使用 C11 线程局部变量时,可以针对以下特点进行权衡:在编程中使用 C11 线程局部变量非常方便,使用最少的 CPU 指令即可访问,但这一优势的代价是系统中所有任务都会额外使用栈。由于变量分配的静态性质,系统中的所有任务具有一组相同的 C11 线程局部变量。