RTO Lab 1

RTOS‑Lab‑01

Pierwsze kroki z współbieżnością na Linuksie (pthread)

---

Czas trwania: ~3h Poziom: pierwsze zajęcia specjalizacyjne Środowisko: Linux; kompilator gcc

---

📦 Struktura plików

rtos-lab-01-student/
├── Makefile
├── 01_hello_threads.c
├── 02_mutex_counter.c
└── 03_queue_condvar.c   # opcjonalne

Makefile

CC=gcc
CFLAGS=-O2 -Wall -Wextra -pthread

all: 01 02 03

01: 01_hello_threads.c
	$(CC) $(CFLAGS) $^ -o $@

02: 02_mutex_counter.c
	$(CC) $(CFLAGS) $^ -o $@

03: 03_queue_condvar.c
	$(CC) $(CFLAGS) $^ -o $@

clean:
	rm -f 01 02 03

---

1) Hello Threads — dwa wątki, różne okresy

Plik: 01_hello_threads.c

Instrukcja:

1. Utwórz dwa wątki: TaskA (co 1 s) i TaskB (co 2 s).
2. Po ~8–10 sekundach zakończ działanie programu.
3. Obserwuj przeplot wypisów.

// 01_hello_threads.c
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#include <stdatomic.h>

static atomic_int run = 1;

// TODO: funkcja task_a
// powinna co 1 s wypisywać "[A] tick"

// TODO: funkcja task_b
// powinna co 2 s wypisywać "[B] tock"

int main(void){
    pthread_t a,b;
    // TODO: utwórz wątek a
    // TODO: utwórz wątek b

    sleep(10);
    atomic_store(&run,0);

    // TODO: dołącz wątki

    puts("Done.");
}

Pytania:

• Dlaczego oba wątki działają „naraz”?
• Co się stanie, jeśli wszystko byłoby w jednej pętli?

---

2) Race Condition & Mutex — bezpieczny licznik

Plik: 02_mutex_counter.c

Instrukcja:

1. Uruchom program bez mutexa – zobacz, że counter jest mniejszy niż oczekiwany.
2. Włącz ochronę muteksem – wynik staje się deterministyczny.
3. Wyjaśnij, czym jest sekcja krytyczna.

// 02_mutex_counter.c
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>

//#define USE_MUTEX

static long long counter = 0;
#ifdef USE_MUTEX
static pthread_mutex_t mtx = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
#endif

void* worker(void* _){
    for(int i=0;i<100000;i++){
#ifdef USE_MUTEX
        // TODO: zablokuj mutex
#endif
        counter++;
#ifdef USE_MUTEX
        // TODO: odblokuj mutex
#endif
    }
    return NULL;
}

int main(void){
    pthread_t t1,t2,t3,t4;
    // TODO: utwórz cztery wątki worker

    // TODO: dołącz wszystkie wątki

    printf("Final counter=%lld (expected=%d)\n", counter, 4*100000);
}

Pytania:

• Dlaczego bez mutexa wynik jest błędny?
• Co to jest sekcja krytyczna?
• Jak przenieść to na FreeRTOS?

---

3) Opcjonalnie: prosta kolejka logów na pthread_cond

Plik: 03_queue_condvar.c

Instrukcja:

1. Zaimplementuj bufor cykliczny na 8 intów.
2. Producent (sensor) co 500 ms generuje dane.
3. Konsument (logger) czeka, aż w kolejce pojawią się dane, i wypisuje je.
4. Użyj pthread_cond_wait i pthread_cond_signal.

// 03_queue_condvar.c
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#include <stdatomic.h>

#define QN 8
static int q[QN];
static int head=0, tail=0, count=0;
static pthread_mutex_t mtx = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
static pthread_cond_t  cv  = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
static atomic_int run = 1;

// TODO: funkcja q_push
// dodaje element do kolejki, sygnalizuje condition variable

// TODO: funkcja q_pop
// czeka na element, pobiera z kolejki

void* sensor(void* _){
    // TODO: generuj co 500ms liczby i wrzucaj do kolejki
    return NULL;
}

void* logger(void* _){
    // TODO: pobieraj liczby z kolejki i wypisuj
    return NULL;
}

int main(void){
    pthread_t ts, tl;
    // TODO: utwórz wątki sensor i logger

    sleep(10);
    atomic_store(&run,0);
    pthread_cond_broadcast(&cv); // obudź czekających

    // TODO: dołącz wątki

    puts("Done.");
}

Pytania:

• Po co używamy while w pthread_cond_wait?
• Co się stanie, jeśli kolejka jest pełna?
• Jak wygląda to w FreeRTOS (xQueueSend/Receive)?

---

✅ Komendy

make     # kompilacja wszystkich przykładów
./01     # Hello Threads
./02     # Race Condition & Mutex
./03     # kolejka na pthread_cond (opcjonalnie)