user
201 lines
7.5 KiB
TeX
201 lines
7.5 KiB
TeX
\documentclass[10pt]{article}
|
|
\usepackage[T1]{fontenc}\usepackage[utf8]{inputenc}\usepackage[polish]{babel}
|
|
\usepackage[a4paper,margin=1.55cm]{geometry}
|
|
\usepackage{array,tabularx,booktabs,amsmath,amssymb,xcolor,listings,hyperref,fancyhdr,lastpage,enumitem}
|
|
\definecolor{accent}{HTML}{16324A}\definecolor{accentlight}{HTML}{EEF3F7}\definecolor{rulegray}{HTML}{D7DEE5}
|
|
\hypersetup{colorlinks=true,linkcolor=accent,urlcolor=blue}
|
|
\IfFileExists{build-meta.tex}{\input{build-meta.tex}}{\newcommand{\BuildCommit}{local}}
|
|
\newcommand{\PublisherDomain}{mpabi}
|
|
\newcommand{\CardArea}{inf}
|
|
\newcommand{\CardSeries}{freertos-cpp}
|
|
\newcommand{\CardNumber}{11}
|
|
\newcommand{\CardCount}{16}
|
|
\newcommand{\CardSlug}{mutex}
|
|
\newcommand{\CardVersion}{v00.01}
|
|
\newcommand{\DocumentUUID}{34d7ad61-6b03-4922-8e58-b8b98316e5f7}
|
|
\newcommand{\blank}[1]{\rule{#1}{.2pt}}
|
|
\lstset{language=C++,basicstyle=\ttfamily\scriptsize,columns=fullflexible,keepspaces=true,frame=single,breaklines=true,showstringspaces=false,numbers=none,backgroundcolor=\color{accentlight},rulecolor=\color{rulegray}}
|
|
\pagestyle{fancy}\fancyhf{}
|
|
\lhead{\textbf{K11 · FreeRTOS C++ · mutex}}\rhead{\small L10 · owner + inheritance}
|
|
\lfoot{\scriptsize commit \BuildCommit}\cfoot{\scriptsize \thepage/\pageref{LastPage}}\rfoot{\scriptsize V11.3.0 / \CardVersion}
|
|
\setlength{\headheight}{14pt}\setlength{\footskip}{19pt}
|
|
\setlist[itemize]{nosep,leftmargin=1.45em}\setlist[enumerate]{nosep,leftmargin=1.65em}
|
|
\begin{document}\sloppy
|
|
\begin{center}
|
|
{\LARGE\bfseries \texttt{Mutex}, \texttt{LockGuard} i inheritance}\par
|
|
\vspace{.25em}{\large owner, trzy early returns i zmiana LOW 1--3--1}\par
|
|
\end{center}
|
|
\noindent\begin{tabularx}{\textwidth}{@{}p{1.65cm}Xp{1.75cm}X@{}}
|
|
\toprule
|
|
Karta & K11 / \CardCount & Czas & 30 minut \\
|
|
Platforma & Hazard3 / RV32I & Taski & LOW/MEDIUM/HIGH \\
|
|
Priorytety & 1 / 2 / 3 & Storage & static, heap delta 0 \\
|
|
Wersja & \CardVersion & UUID karty & \texttt{34d7ad61-...} \\
|
|
\bottomrule
|
|
\end{tabularx}
|
|
|
|
\section*{Dlaczego mutex nie jest binary semaphore?}
|
|
\noindent\begin{tabularx}{\textwidth}{@{}p{4.3cm}p{4cm}X@{}}
|
|
\toprule
|
|
Właściwość & Mutex & Binary semaphore \\
|
|
\midrule
|
|
owner & tak & nie \\
|
|
give & tylko owner & sygnał od producenta \\
|
|
priority inheritance & tak & nie \\
|
|
ISR give & nie & wariant FromISR istnieje \\
|
|
\bottomrule
|
|
\end{tabularx}
|
|
|
|
\noindent\fcolorbox{accent}{accentlight}{\begin{minipage}{.94\textwidth}
|
|
\textbf{Kontrakt K11.} HIGH blokuje się na mutexie LOW. Kernel tymczasowo podnosi
|
|
LOW do priorytetu HIGH, aby MEDIUM nie przedłużał inwersji. Destruktor guarda
|
|
zwalnia dokładnie raz; ordinary mutex nie jest rekurencyjny ani ISR-safe.
|
|
\end{minipage}}
|
|
|
|
\section*{Plan 30 minut}
|
|
\noindent\begin{tabularx}{\textwidth}{@{}p{1.35cm}p{3.1cm}X@{}}
|
|
\toprule Czas & Tryb & Dowód \\
|
|
\midrule
|
|
0--5 & semantics & owner, give i różnica od semaphore \\
|
|
5--10 & guard & trzy return, jeden unlock na ścieżkę \\
|
|
10--15 & setup & LOW bierze; HIGH próbuje; MEDIUM ready \\
|
|
15--20 & inherit & HIGH blocked; LOW 1--3 \\
|
|
20--25 & handoff & LOW przed MEDIUM; potem HIGH owner \\
|
|
25--30 & restore & LOW wraca do 1; counter=11 \\
|
|
\bottomrule
|
|
\end{tabularx}
|
|
|
|
\section*{Predykcja}
|
|
Kto wykona się po zablokowaniu HIGH: LOW czy MEDIUM? \blank{3cm}. Jaki będzie
|
|
bieżący priorytet LOW? \blank{2cm}.
|
|
|
|
\newpage
|
|
\section{LockGuard i granice ownership}
|
|
\begin{lstlisting}
|
|
{
|
|
freertos::LockGuard<freertos::Mutex> guard{mutex, timeout};
|
|
if (!guard.owns_lock()) return failed;
|
|
// protected work; every return crosses guard destructor
|
|
}
|
|
\end{lstlisting}
|
|
|
|
\noindent\begin{tabularx}{\textwidth}{@{}p{1.5cm}p{3cm}p{3cm}X@{}}
|
|
\toprule Path & Take & Give po return & Wynik \\
|
|
\midrule
|
|
0 & success & \blank{2cm} & \texttt{10} \\
|
|
1 & success & \blank{2cm} & \texttt{20} \\
|
|
2 & success & \blank{2cm} & \texttt{30} \\
|
|
\bottomrule
|
|
\end{tabularx}
|
|
|
|
\section*{Ordinary oznacza non-recursive}
|
|
Ten sam task próbuje wziąć już posiadany mutex z timeout 0. Wynik:
|
|
\blank{3cm}. Czy nieudany \texttt{LockGuard} może wywołać give w destruktorze?
|
|
\blank{2cm}.
|
|
|
|
\section{Kontrolowany scenariusz inwersji}
|
|
\begin{center}
|
|
\texttt{LOW(1) take -- HIGH(3) attempt/block -- LOW inherits 3}\\[.25em]
|
|
\texttt{LOW release -- HIGH take/give -- MEDIUM(2) run -- LOW back at 1}
|
|
\end{center}
|
|
|
|
\noindent\begin{tabularx}{\textwidth}{@{}p{1.25cm}p{3.2cm}p{3.7cm}X@{}}
|
|
\toprule Nr & Aktor & Zdarzenie & Odczyt \\
|
|
\midrule
|
|
1 & LOW & take, owner=LOW & \blank{2.4cm} \\
|
|
2 & HIGH & attempt, state=Blocked & \blank{2.4cm} \\
|
|
3 & LOW & priority inherited, release & \blank{2.4cm} \\
|
|
4 & HIGH & take, owner=HIGH & \blank{2.4cm} \\
|
|
5 & MEDIUM & pierwszy run & \blank{2.4cm} \\
|
|
6 & LOW & priority restored & \blank{2.4cm} \\
|
|
\bottomrule
|
|
\end{tabularx}
|
|
|
|
Dlaczego MEDIUM nie może znaleźć się między krokiem 2 i release LOW?\\[.5em]
|
|
\blank{16cm}
|
|
|
|
\newpage
|
|
\section{Dowód priority inheritance}
|
|
|
|
\noindent\begin{tabularx}{\textwidth}{@{}p{5.4cm}p{3.2cm}X@{}}
|
|
\toprule Pomiar & Predykcja & Odczyt \\
|
|
\midrule
|
|
LOW base priority & 1 & \blank{2.5cm} \\
|
|
HIGH priority & 3 & \blank{2.5cm} \\
|
|
HIGH state podczas wait & Blocked & \blank{2.5cm} \\
|
|
LOW current podczas wait & 3 & \blank{2.5cm} \\
|
|
MEDIUM ran before release & 0 & \blank{2.5cm} \\
|
|
LOW po release & 1 & \blank{2.5cm} \\
|
|
\bottomrule
|
|
\end{tabularx}
|
|
|
|
\section{Owner i chroniony stan}
|
|
\noindent\begin{tabularx}{\textwidth}{@{}p{5cm}p{3.7cm}X@{}}
|
|
\toprule Relacja & Predykcja & Odczyt \\
|
|
\midrule
|
|
holder po LOW take & LOW handle & \blank{2.5cm} \\
|
|
holder po handoff & HIGH handle & \blank{2.5cm} \\
|
|
counter po LOW & 1 & \blank{2.5cm} \\
|
|
counter po HIGH & 11 & \blank{2.5cm} \\
|
|
mutex handle & caller control & \blank{2.5cm} \\
|
|
heap delta create/destroy & 0 / 0 & \blank{2.5cm} \\
|
|
\bottomrule
|
|
\end{tabularx}
|
|
|
|
\section*{Co inheritance rozwiązuje, a czego nie?}
|
|
Rozwiązuje ograniczoną inwersję powodowaną przez ownera mutexa. Nie skraca
|
|
długiej sekcji, nie naprawia deadlocku, nie nadaje porządku wielu mutexom i nie
|
|
pozwala zwolnić mutexa z innego taska.
|
|
|
|
Zaproponuj stały porządek przejmowania dwóch mutexów A/B:\\[.5em]
|
|
\blank{16cm}\\[1em]
|
|
Co stanie się z inheritance, gdy LOW trzyma kilka mutexów?\\[.5em]
|
|
\blank{16cm}
|
|
|
|
\section*{Kontrakt czasu}
|
|
Timeout w konstruktorze guarda jest jawny. \texttt{portMAX\_DELAY} w tym
|
|
eksperymencie jest świadomym oczekiwaniem HIGH, nie ukrytym defaultem API.
|
|
|
|
\newpage
|
|
\section{Hazard3/GDB i zaliczenie}
|
|
\begin{lstlisting}[language=bash]
|
|
make check
|
|
riscv64-unknown-elf-gdb build/task01_mutex/prog.elf
|
|
b mutex_debug_checkpoint
|
|
\end{lstlisting}
|
|
\begin{lstlisting}
|
|
p g_low_base_priority
|
|
p g_low_inherited_priority
|
|
p g_low_priority_after_release
|
|
p g_high_state_seen_by_low
|
|
p g_medium_ran_before_release
|
|
p/x g_owner_low
|
|
p/x g_owner_high
|
|
p g_sequence_low_take
|
|
p g_sequence_high_attempt
|
|
p g_sequence_low_release
|
|
p g_sequence_high_take
|
|
p g_sequence_medium_run
|
|
p g_shared_counter
|
|
p g_mutex_pass
|
|
\end{lstlisting}
|
|
|
|
\section*{Zaliczenie}
|
|
\begin{itemize}
|
|
\item $\square$ odróżniam mutex owner/inheritance od binary semaphore;
|
|
\item $\square$ pokazuję give guarda na trzech early returns;
|
|
\item $\square$ dowodzę HIGH=Blocked i LOW 1--3--1;
|
|
\item $\square$ MEDIUM nie wykonuje się przed release LOW;
|
|
\item $\square$ owner równa się właściwemu handle LOW/HIGH;
|
|
\item $\square$ event order i chroniony counter=11 kończą się PASS.
|
|
\end{itemize}
|
|
|
|
\section*{Wyjście}
|
|
Dlaczego binary semaphore nie naprawi tej inwersji?\\[.5em]\blank{16cm}\\[1em]
|
|
Dlaczego ordinary mutex nie wolno brać drugi raz?\\[.5em]\blank{16cm}
|
|
|
|
\vfill
|
|
\noindent\textbf{Następna karta K12:} binary/counting semaphore oraz
|
|
jednoodbiorcze task notifications z porównaniem storage i semantyki.
|
|
\end{document}
|