改进Pintos操作系统：避免‘忙等待’的timer_sleep函数实现

"操作系统课程设计-AlarmClock 实验报告" 这篇实验报告是关于西安电子科技大学2018年度操作系统课程设计的一项任务，名为"Alarm-Clock"，由学生张俊华完成。实验的主要目标是对Pintos操作系统中的timer_sleep()函数进行改进，以避免使用"忙等待"的方法，实现更有效率的线程睡眠机制。 一、实验内容 在Pintos操作系统中，timer_sleep()函数用于使调用它的线程进入睡眠状态，等待特定的ticks数后自动唤醒。原始实现中，这个函数通过一个while循环来检查是否达到了预设的ticks数，如果未达到，则线程会不断让出CPU时间，即执行thread_yield()，进入就绪队列。这种做法虽然简单，但在CPU资源上并不高效，因为它持续占用处理器时间来检查是否可以结束睡眠。 二、分析与设计 在分析原始实现时，张俊华注意到Pintos已经具备了基本的线程睡眠功能，并且通过Make test验证了相关测试用例的正确性。为了实现非"忙等待"的睡眠，需要设计一个新的机制，使得线程在等待期间可以被真正地挂起，释放CPU资源，直到被系统唤醒。 改进的设计可能包括以下步骤： 1. 创建或利用现有的调度机制，如使用等待队列，当线程调用timer_sleep()时，将其添加到对应的等待队列。 2. 在ticks到达预设值时，由定时器中断处理程序触发唤醒操作，将线程从等待队列移到就绪队列。 3. 使用原子操作确保在多线程环境下的安全性和一致性。 4. 考虑中断上下文的处理，确保在中断开启的状态下也能正确执行。 三、详细实现 具体的实现细节可能涉及以下几个关键部分： 1. 更新timer_sleep()函数，使其不再包含无限循环，而是在线程加入等待队列后立即返回。 2. 修改或扩展定时器中断处理程序，以便在ticks计数达到预设值时唤醒相应的线程。 3. 实现或调整线程调度算法，确保线程在唤醒后能正确地重新获得CPU时间。 4. 添加必要的同步机制，如锁或信号量，防止数据竞争和死锁。 四、实验结果 这部分未提供具体信息，但通常会包括测试结果，比如通过了哪些测试用例，性能提升了多少，以及可能出现的问题和解决方案。 五、心得体会 这部分可能包含作者对实验过程的理解，遇到的挑战，以及从中学到的操作系统原理和编程技巧。 这个实验旨在让学生深入理解操作系统中的线程管理和调度，以及如何通过改进实现提高系统的效率。通过这个实验，张俊华不仅学习了如何优化代码，还可能对操作系统内核的工作有了更深入的认识。