nucleus plus学习总结(后续)

前言：

    刚刚抽筋点了保存发布，结果要审核，那就分开写个续好了。

内容：

signal

    信号是异步通知task的一种机制，HISR是不可以接收信号的，但是可以发送信号。

    TCB中与signal相关数据结构包括active_signal,enable_signal（这是一个掩码，如果为0则不执行signal_handler），（*signal_handler）,主要有两个函数，一个是send_signals()和signal_shell()，其中send_signals()函数主要是区分发送信号给自己还是给其他的task，如果发给自己就直接执行signal_shell（）,如果发送至其他task（处于suspend或ready但没有占用处理器的状态），target task必须要释放占用的protect，因为在signal_handler中可能会去请求protect资源，这样就会发生死锁，当前task执行TCT_protect_switch()函数，与请求protect()函数前半部分一致，调用schedule_protect()让target task释放占用的protect资源。

    在target stack处建立solicited stack，其中PC = &signal_shell，保存target task的status和tc_statck_ptr，根据当前的状态，如果是ready或pure_suspend，则返回，否则就resume_task（）唤醒target task，根据返回值确定是否进入schedule()。

    在send_signal中应用protect来保护共享数据，而到了protect_switch中应用关中断来保护，中间有一个数据保护的真空期，因此要两次确认target task没有再占用protect资源

suspend/resume

对于task状态改变的操作主要有suspend和resume函数，其中suspend将一个task挂起，当挂起自己时会control_to_system，finished和terminated状态的转变也是利用suspend函数，resume函数用来将task唤醒，并返回一个标志是否需要context switch

线程同步

应用里可以使用到的线程同步有两种方式，semaphore和event groups，semaphore与linux中的一直，但是NU中并没有对优先级反转有处理

event groups是一个32bit的数据结构，可以标记32个事件，操作包括set和retrieve，set event时会唤醒suspend list上的所有task，最后在对相应bit consume，retrieve去请求event，如果失败则挂起在suspend list上，只有拿到event后才会对consume

线程通信

NU中支持的线程通信方式包括queue,pipe,mailbox，这里queue和pipe的机制基本相同，只是queue是按32bit操作，pipe是按照字节访问，但是代码里也做了对齐，mailbox是一种信箱机制，信箱的大小为4*32bit，使用的好处就是执行速度快

内存管理

NU并没有使用到虚拟内存管理，直接访问物理地址，有两种建立内存池的方法，动态内存管理和静态内存管理，动态内存管理采用的分配策略是first-fit和释放后内存融合，静态内存管理是每次分配固定大小的内存块，这样可能会引起内存的利用率降低，但是不会引起内存外部碎片

    

1. 中断向量表的reset地址为0x0，直接跳转至INT_Initialize()

2. Low_bit_set[256]用来快速计算优先级的表，其中放的是对应优先级数值第一个不为0的数，例如当前最高priority=17，则low_bit_set[17] = 0,17 = 0x11第一个不为0的位是第0位

3. HISR不会suspend，没有time slice即同优先级的HISR依次执行，不会接收信号，只可以被中断，如果激活了更高优先级的HISR则当前HISR被抢占。

4. 当中断发生时，ARM硬件完成的工作包括：

   i. 保存中断前的CPSR至SPSR_irq_mode

   ii.保存中断时PC值至lr_irq_mode

   iii.切换至irq mode,屏蔽irq bit，set arm mode

   iv. 将PC指向irq_entry(0x18)

5. time slice只有在被中断里才会保存下来，即一个task被中断后执行了LISR和HISR后，重新schedule到task，其time slice是之前剩下的时间片，当task主动让出处理器时，比如self-suspend,send_signal,resume高优先级的task时，会将time slice重新置为预设值

6. 在control_to_system里有clear protect的动作

7. TMD_Timer_Start记录的是当前timer_active_list上顶端timer的remaining_time，当发生start_timer，stop_timer或timer expired时都会去更新这个值

8. 所有的system call都要用system_protect来保护，因为其中有对于重要全局变量的访问

9. TCB中有一个suspend_protect，用来记录task在suspend前拥有的是什么样类型的protect，例如一个请求Dynamic memory的task suspend在dm_suspend_list上，在挂起前将dm_protect保存至suspend_protect中，因为一个task在suspend前必须释放所持有的protect，所以只能利用suspend_protect标记之前占有的是dm_protect，当timeout发生时，重新获得dm_protect去执行cleanup函数，做清理工作将task从dm_suspend_list上移除，resume一个task时会将suspend_protect清空。

10. 一个HISR中可以send_signal，suspend其他task，请求protect资源，这些动作都有可能使HISR让出处理器给低优先级的task去执行，都是调用TCC_schedule_protect()，目的是避免deadlock

11. deadlock产生的四个必要条件 （必考）

    i.互斥条件：资源同一时间只可以被一个进程访问

    ii.请求与保持条件：当进程请求新资源阻塞时，不释放已经占有的资源

    iii.不剥夺条件：进程在占有资源时，未使用完之前，不可以被强行剥夺

    iv. 循环等待条件：若干进程形成一种头尾相接的循环等待资源关系

 

12. 优先级反转（priority inversion）（必考）

产生原因：三个task,优先级关系是taskA>taskB>taskC，taskC占有互斥sem，当taskA执行时申请sem，suspend，此时taskB被唤醒，继续执行，则taskC无法释放sem,导致高优先级的taskA无法执行，而低优先级的taskB一直执行下去

解决方法：

    i.disable interrupt （影响OS的实时性）

    ii.disable preemption (影响实时性)

    iii.优先级继承

    在运行时，taskA请求低优先级taskC已经占有的sem，则将taskC的优先级提升至taskA相同

    iv. 优先级天花板

    在未运行的情况下，首先估计会使用到sem的task，然后将所有的task优先级升高至这些task中的最高     优先级。

13. 在TCT_schedule_Protected的代码中，在control_to_thread前开关了一次中断，这样可以节省一次上下文切换，让中断在当前task上发生，而不是切换至占有protect的task在发生中断。

14. 当task被中断后抢占，不会释放protect资源，因此在LISR中不可以使用与Protect相关的系统调用，只可以使用activate_HISR()，它是用中断来保证原子访问的。

15. protect的嵌套利用unprotect_specific()和set_current_protect()来实现，同时system_protect一般作为第二个protect去申请，因为system_protect保护了内核中全局的数据结构，粒度较大，因此要尽量减少持有的时间

16. 第一次中断的上下文保存在task stack，嵌套的中断上下文保存在system stack，因为中断嵌套发生在LISR中，此时sp值已经更新为system stack ptr

17. protect() send_signal(), suspend()都有为了防止deadlock让持有protect的task执行，直到释放protect的机制

18. 在调用terminate task时，如果task是suspend要调用cleanup函数，要利用suspend_protect保护，同时不会与system_protect形成死锁

19. queue和pipe，按照FIFO的模式发送message，在变长模式下，如果taskA的message较大suspend，则taskB即使有空间也必须suspend在taskA后面。

20.resume返回true的条件

    i.当前priority_list上只有target_task一个

    ii.target_task的优先级高于TCD_Highest_priority

    iii.确定当前task是可抢占的

    iv. 当前线程是一个task，如果是NULL则是在初始化里面，初始化还未完成不应该schedule,如果在           HISR里，因为HISR的优先级总是高于task的，因此也不会发生抢占

21. Dynamic memory的数据结构使用双向链表是为了可以进行融合操作

22. first-fit策略必须使用相邻融合的内存管理方法，但是仍会造成50%的浪费

23. TCD_current_thread == NULL，如果当前开着中断则是schedule，如果是关中断则是INT_initialize

24. 如果申请protect,TCD_current_thread == NULL,protect中直接跳过，因为这是在初始化中，初始化使用关中断来保护的

25.如果一个HISR suspend了，则下一次LISR触发HISR时，就无法处理了