Nachos操作系统实验：线程编程与事件栅栏、闹钟原语

"操作系统实验3涉及了在Nachos操作系统上进行线程编程，主要包含三个部分：事件栅栏原语、闹钟原语的实现，以及利用这些原语解决电梯问题。实验目的是掌握并发问题的解决方法。事件栅栏是一种同步机制，允许线程同步等待和响应特定事件。它具有Wait、Signal和Complete三个操作，确保所有等待的线程在应答后才能继续执行。闹钟原语则基于模拟的计时器Timer，用于设置和触发定时事件。" 实验三的内容详述如下： 一、事件栅栏事件栅栏是多线程环境中的一种同步工具，它允许一组线程等待某个事件的发生，然后同步地继续执行。事件栅栏有两种主要操作：Wait和Signal。Wait操作的线程会在事件发生前被阻塞，而Signal操作可以累积，即使没有等待的线程，Signal也会被记录。Complete操作用于响应Signal，只有所有Wait操作的线程都完成应答后，Signal的发出者才能继续，并恢复事件栅栏到未触发状态。 1. Wait操作：如果事件已触发，直接返回；否则，线程会阻塞等待Signal。 2. Signal操作：首先设置事件状态为已触发，唤醒所有等待的线程，然后自身阻塞等待Complete。 3. Complete操作：如果是最后一个完成的线程，唤醒所有等待的线程；否则，自身也会阻塞等待。 二、闹钟原语实验还涉及了 Nachos 中的计时器功能，即闹钟原语。这种计时器是软件模拟的，使用指令执行时间作为滴答单位。通过闹钟原语，可以设置定时事件，这对于需要在特定时间点执行操作的线程非常重要。实现闹钟原语需要对Nachos的内部工作原理有深入理解，包括如何调度线程、处理中断等。 三、电梯问题利用事件栅栏和闹钟原语解决电梯问题是实验的实践部分。电梯问题是一个典型的并发控制问题，涉及到多个乘客请求电梯到达不同楼层，电梯需要按照一定策略决定服务顺序和移动方向。这个问题的解决需要巧妙地应用事件栅栏和闹钟原语，确保线程间的正确同步和通信，避免数据竞争和其他并发问题。 通过这个实验，学生不仅能学习到并发编程的基础知识，还能深入理解操作系统如何管理和调度线程，以及如何模拟硬件功能以实现高级服务。此外，解决电梯问题的实际案例有助于培养解决实际问题的能力，增强对并发控制策略的理解。