[RTOS_Day2]임계영역 보호

■임계영역 보호■

#include "includes.h"
 
 
int tickets;        // MAX value( 1000 million )
int backupTickets;
int T1_Ticket=0, T2_Ticket= 0;
 
/* ...........................................................................
 *
 * 태스크 스택 정의
 * ===================
 */
OS_STK TaskStartStk[TASK_STK_SIZE]; /* START task stack */
OS_STK Task1Stk[TASK_STK_SIZE]; /* Task #1 stack */
OS_STK Task2Stk[TASK_STK_SIZE]; /* Task #2 stack */
//OS_STK Task3Stk[TASK_STK_SIZE]; /* Task #3 stack */
//OS_STK Task4Stk[TASK_STK_SIZE]; /* Task #4 stack */
 
/* ...........................................................................
 *
 * 사용자 메모리 정의
 * ===================
 */
TASK_USER_DATA  TaskUserData[7];
 
/* ...........................................................................
 *
 * 이벤트 컨트롤 & 사용자 정의 블럭 정의
 * ===================
 */
#define TICKET_1BILLION        1000000000
#define TICKET_1MILLION        1000000
#define TICKET_10000        10000
#define TICKET_1000            1000
 
extern void seedrand(int seed);
extern int randomnumber(void);
int buyTicket(void);
 
// 1초마다 콘솔에 동작중을 표시(.)
extern INT32U USE_OSTimeTickHook;
 
/* ...........................................................................
 *
 * 태스크 함수 원형
 * ===================
 */
void  TaskStart(void *pdata); /* Function prototypes of Startup task */
void  Task1(void *pdata);
void  Task2(void *pdata);        
void  Task3(void *pdata);
void  Task4(void *pdata);
 
//
// 어플리케이션 메인 루틴
//
int main(void)
{
    OSInit(); /* microC/OS-II 초기화 */
 
    PC_ElapsedInit(); /* Initialized elapsed time measurement     */
 
    strcpy(TaskUserData[TASK_START_ID].TaskName, "TaskStart");
    
    // TASK CREATE
    OSTaskCreateExt(TaskStart,
                   (void *)0,
                   &TaskStartStk[TASK_STK_SIZE-1],
                   TASK_START_PRIO,
                   TASK_START_ID,
                   &TaskStartStk[0],
                   TASK_STK_SIZE,
                   &TaskUserData[TASK_START_ID],
                   OS_TASK_OPT_STK_CHK | OS_TASK_OPT_STK_CLR);
 
    OSStart(); /* start scheduler */
 
    return 0;    
}
 
//
// 태스크 'START'
//
void  TaskStart (void *pdata)
{
    INT8U err;
    
    pdata = pdata;                /* 컴파일러 경고를 막기 위함 */
 
    // 시스템 초기화(UART, LCD, TimeTick)
    InitSystem();    
 
    OSStatInit();                /* Initialize uC/OS-II's 통계 함수 */
 
    //
    // set random seed
    //
    seedrand( 45 );
    
    //
    // Set Tickets
    //
    /* TODO #2: 
        초기 티켓수를 작은수(10,000 ~ 100,000정도) 입력 하여 테스트 한후 
        그 결과를 설명한다 */
#if 1 // No comment
    //tickets= backupTickets = 10 * TICKET_10000; // MAX value( 1 million )
    tickets= backupTickets = 10 * TICKET_1MILLION; // MAX value( 1 million )
#endif // TODO #2
 
    // TASK CREATE
    strcpy(TaskUserData[TASK_1_ID].TaskName, "Task1");
    OSTaskCreateExt(Task1,
                    (void *)0,
                    &Task1Stk[TASK_STK_SIZE - 1],
                    TASK_1_PRIO,
                    TASK_1_ID,
                    &Task1Stk[0],
                    TASK_STK_SIZE,
                    &TaskUserData[TASK_1_ID],
                    0);
    if (err) printf("OSTaskCreate error found, code[0x%X]\n",err);
 
    // TASK CREATE
    strcpy(TaskUserData[TASK_2_ID].TaskName, "Task2");
    OSTaskCreateExt(Task2,
                    (void *)0,
                    &Task2Stk[TASK_STK_SIZE - 1],
                    TASK_2_PRIO,
                    TASK_2_ID,
                    &Task2Stk[0],
                    TASK_STK_SIZE,
                    &TaskUserData[TASK_2_ID],
                    0);
    if (err) printf("OSTaskCreate error found, code[0x%X]\n",err);
 
    /* delete self task */
    err = OSTaskDel(OS_PRIO_SELF);
    if (err) printf("OSTaskDel(OS_PRIO_SELF) error found, code[0x%X]\n",err);
}
 
//
// 태스크 1
//
void Task1(void *pdata)
{
    INT8U err;
    
    pdata = pdata;                /* 컴파일러 경고를 막기 위함 */
 
    printf("\n\nTask1 TASK created,\n");
 
    while(1) {
        if(buyTicket() <= 0)
        {
            T1_Ticket++;
//            printf("[TASK1]COUNTER up to %d\n", T1_Ticket);
            /* delete other task */
            err = OSTaskDel(TASK_2_PRIO);
            break;
        }
        T1_Ticket++;
    /* TODO #1: 
        OSTimeDly() 시간 지연을 적당히 입력하여 티켓 카운트 수가 
        오류가 나도록 만든다 */
#if 1 // No comment
        OSTimeDly(2);    // 주의사항! 2 이상의 값을 입력 할 것
#endif // TODO #1
    }
 
    // 1초마다 콘솔 출력 '중지'
    USE_OSTimeTickHook = 0; // refer to 'OS_CPU_C.C'
 
    printf("\n[TASK1]Total Tickets = %d\n", T1_Ticket + T2_Ticket);
 
    if(backupTickets != T1_Ticket + T2_Ticket)
        printf("Not good. expectation(%d)\n", backupTickets);
    else
        printf("Good!. Matched\n");
 
    /* delete self task */
    err = OSTaskDel(OS_PRIO_SELF);
    if (err) printf("OSTaskDel(OS_PRIO_SELF) error found, code[0x%X]\n",err);
}
 
//
// 태스크 2
//
void Task2(void *pdata)
{
    INT8U err;
    INT32U timeo;
    int i;
 
    pdata = pdata;                /* 컴파일러 경고를 막기 위함 */
 
    printf("Task2 TASK created,\n");
 
    printf("please wait");
 
    // 1초마다 콘솔에 동작중을 표시(.)
    USE_OSTimeTickHook = 1; // refer to 'OS_CPU_C.C'
 
    while(1) {
        for(i=0;i<100000;i++)
        {
            if(buyTicket()==0)
            {
                T2_Ticket++;
//                printf("[TASK2]COUNTER up to %d\n", T2_Ticket);
                /* delete other task */
                err = OSTaskDel(TASK_1_PRIO);
                goto exit;
            }
            T2_Ticket++;
        }
        timeo = randomnumber();
        OSTimeDly(timeo % 3);
    }
 
exit:
    // 1초마다 콘솔 출력 '중지'
    USE_OSTimeTickHook = 0; // refer to 'OS_CPU_C.C'
 
    printf("\n[TASK2]Total Tickets = %d\n", T1_Ticket + T2_Ticket);
 
    if(backupTickets != T1_Ticket + T2_Ticket)
        printf("Not good. expectation(%d)\n", backupTickets);
    else
        printf("Good!. Matched\n");
 
    /* delete self task */
    err = OSTaskDel(OS_PRIO_SELF);
    if (err) printf("OSTaskDel(OS_PRIO_SELF) error found, code[0x%X]\n",err);
}
 
//
// buyTicket
//
int buyTicket(void)
{
    OS_CPU_SR cpu_sr;
 
    /* TODO #3: 
        OS_ENTER_CRITICAL() 과  OS_EXIT_CRITICAL()을 이용하여 
        공유변수(tickets)를 보호한다 */
#if 1
    // CRITICAL SECTION(ENTER)
    OS_ENTER_CRITICAL();
#endif // TODO #3
 
    tickets --;    // ticket count
 
#if 1
    // CRITICAL SECTION(EXIT)
    OS_EXIT_CRITICAL();
#endif // TODO #3
 
    return(tickets);
}
 
/*-----------------------------------------------------------------------------
 * Program : 03_CRITICAL.C
-----------------------------------------------------------------------------*/
 

* TODO 1

현재 2개의 Task가 동작 중이며 task1과 task2는 다른 속도로 실행되고 있다. 

tickets= backupTickets = 10 * TICKET_1MILLION;

현재 티켓의 수로 실행하면 collision(충돌)이 생겨서 동시성 문제가 발생한다.

* TODO 2

이때 티켓의 수를 줄여보면

tickets= backupTickets = 10 * TICKET_10000;

결과를 보면 횟수가 적으면 충돌가능성도 줄어들게 된다.

* TODO 3

OS_ENTER_CRITICAL();

OS_EXIT_CRITICAL();        함수를 이용해 상호 배제를 한면 횟수가 많아도 동시에 진입하지 않습니다. 

즉, 공유 변수를 보호합니다.

그리고 CRITICAL SECTION(임계 영역) 커널 서비스를 자주 호출 하게 되면 그렇지 않을 경우보다 시간이 많이 소요됩니다.

*Critical Section(임계 영역) : 공유 자원을 사용 중인 함수내의 일부 혹은 전체 영역

이 코드의 영역의 실행이 시작되면 적어도 다른 태스크가 이영역을 선점하여 실행하는 일이 없어야 안전합니다.

상호 배제 방법 1. 인터럽트 작동을 잠금

   2. 스케줄링 중단

   3. 세마포어류의 커널서비스    ->많이 사용하는 방법

   4. 공유 자원을 사용하지 않는다(상호배제 사용 x) ->가장 이상적인 방법.

예) 전역변수를 쓰지 않는다.

int Temp; //전역변수
 
void swap(int *x,int *y)
{
    Temp = *x;
    *x = *y;
    *y = Temp;
}

  ▼

void swap(int *x,int *y)
{
    int Temp;
    Temp = *x;
    *x = *y;
    *y = Temp;
}

        <재진입이 가능한 경우>