C09 — smalloc, sbrk i minimalne libc

Pięć krótkich eksperymentów rozdziela trzy warstwy, które łatwo pomylić: funkcję biblioteczną niewymagającą sterty, kontrakt malloc → sbrk oraz politykę prostego alokatora przyrostowego. Karta używa rzeczywistego toolchaina GCC 15.2 z picolibc dla RV32I/Hazard3.

Przykłady

Task	Pytanie rozstrzygane przez program	Wynik
01	Czy każda funkcja libc wymaga sterty?	strlen.c.o trafia do mapy, człony malloc/sbrk nie.
02	Co się stanie bez dostawcy sbrk?	Kontrolowany błąd linkera: brak __wrap_sbrk.
03	Jaki jest minimalny bezpieczny kontrakt przesuwania break?	heap_start <= brk <= heap_end; błąd nie przesuwa break.
04	Co naprawdę gwarantuje smalloc?	Nagłówek przed payloadem, 16 B alignment, append-only, tylko reset całej areny.
05	Jak zachowuje się prawdziwe malloc/free picolibc?	Dwa rozłączne bloki, zapis/odczyt, free; implementacja pozostaje czarną skrzynką.

Każdy przykład na karcie ma dokładnie widoki A1–A8. A3 jest oznaczony N/D, bo w żadnym przykładzie nie ma callbacku, ISR ani dynamicznego wyboru wykonawcy. Task02 nie ma A6 runtime, ponieważ zgodnie z celem nie powstaje ELF.

Ważne nazwy symboli

vendor/Hazard3/test/sim/common/init.S definiuje _sbrk z podkreśleniem. Picolibc w tym toolchainie definiuje i wywołuje sbrk bez podkreślenia. Są to różne symbole; Task05 celowo zachowuje oba w jednym ELF-ie. Task03 i Task04 używają nazwy c09_sbrk, aby nie podszywać się pod libc.

Własny skrypt link/hazard3_c09.ld udostępnia picolibc symbole __heap_start i __heap_end, rezerwuje 64 KiB na stos przy końcu 16 MiB RAM i zatrzymuje linkowanie przez ASSERT, jeżeli sterta nachodzi na stos.

Budowanie i dowody

make host-test
make expected-fail
make tasks archive-map check-elf
make hazard3-test
make card-check

make task2 ma zakończyć się sukcesem jako test, ale zapisany w logu link programu ma zakończyć się porażką. Nie jest to zepsuty build: flaga --wrap=sbrk przekierowuje odwołanie picolibc na celowo niezdefiniowany __wrap_sbrk, dzięki czemu zależność jest dowodzona deterministycznie.

Udane obrazy RV32I znajdują się w build/<task>/ jako ELF, BIN, listing i mapa linkera. Task02 ma tylko obiekt, mapę częściowego linku i expected-link-failure.log; plik must-not-exist.elf jest zabroniony przez test.

Zakres modelu smalloc

c09_smalloc jest celowo mały: wyrównuje całkowity blok do 16 B, zapisuje 16-bajtowy nagłówek bezpośrednio przed payloadem i dopisuje kolejny blok na końcu. Nie ma c09_sfree, listy wolnych bloków, split ani coalescing. c09_smalloc_reset unieważnia całą arenę naraz i służy tylko do kontrolowanego ćwiczenia. Task05 nie wyciąga z tego modelu wniosków o wnętrzu picolibc.