Nachos操作系统实验：线程同步与锁机制实现

"操作系统实验，基于Nachos实现线程同步机制，包括锁和条件变量，以及如何将非线程安全的数据结构改造为线程安全的。" 实验报告详细内容： 本次实验的目标是理解和实现操作系统中的线程同步机制，具体是通过锁（Lock）和条件变量（Condition Variable）来确保多线程环境中的数据一致性。实验平台是Nachos，一个小型的开源操作系统模拟器，用于教学目的。 实验内容主要包括两部分： 1. 实现锁机制： 锁机制的核心在于确保同一时间只有一个线程能够访问临界区。在Nachos中，这通过`Acquire()`和`Release()`两个函数实现。`Acquire()`函数首先检查锁的状态，如果锁已经被其他线程持有（lockValue为false），则当前线程会被挂起并放入等待队列中。反之，如果锁可用（lockValue为true），则当前线程获取锁，并将lockValue设置为true，表示锁已被占用。在释放锁的过程中，`Release()`函数会检查当前线程是否是锁的持有者，然后将锁的状态设为未占用，并唤醒等待队列中的下一个线程，将其放入就绪队列。 2. 实现条件变量： 条件变量允许线程在特定条件满足时等待，而不仅仅是在锁被释放时。线程调用`Wait()`函数会在条件不满足时被挂起，而`Signal()`或`Broadcast()`函数可以唤醒等待的线程。这在处理多线程间的协作问题时非常有用。 3. 将双向有序链表类改造为线程安全： 利用上述实现的锁和条件变量，实验要求将之前实现的双向有序链表类改造为线程安全的。这意味着在链表的所有操作（如插入、删除、遍历等）中，都需要使用锁来保护对链表结构的访问，确保并发环境下数据的正确性。 实验设计中，使用了中断管理来确保在操作临界区时不会被打断，同时结合队列管理线程的等待和唤醒。`Thread::Sleep()`用于挂起线程，`scheduler->ReadyToRun(thread)`用于将线程重新放入就绪队列，使其有机会再次执行。 通过这个实验，学生能够深入理解操作系统中线程同步的重要性，掌握如何在实际代码中使用锁和条件变量来解决并发问题。同时，通过改造双向有序链表，可以将理论知识应用到实际的数据结构操作中，进一步巩固对线程安全编程的理解。