实验执行流程概述

互斥是指某一资源同时只允许一个进程对其进行访问,具有唯一性和排它性,但互斥不用限制进程对资源的访问顺序,即访问可以是无序的。同步是指在进程间的执行必须严格按照规定的某种先后次序来运行,即访问是有序的,这种先后次序取决于要系统完成的任务需求。在进程写资源情况下,进程间要求满足互斥条件。在进程读资源情况下,可允许多个进程同时访问资源。

实验七设计实现了多种同步互斥手段,包括时钟中断管理、等待队列、信号量、管程机制(包含条件变量设计)等,并基于信号量实现了哲学家问题的执行过程。而本次实验的练习是要求用管程机制实现哲学家问题的执行过程。在实现信号量机制和管程机制时,需要让无法进入临界区的进程睡眠,为此在 ucore 中设计了等待队列 wait_queue。当进程无法进入临界区(即无法获得信号量)时,可让进程进入等待队列,这时的进程处于等待状态(也可称为阻塞状态),从而会让实验六中的调度器选择一个处于就绪状态(即 RUNNABLE STATE)的进程,进行进程切换,让新进程有机会占用 CPU 执行,从而让整个系统的运行更加高效。

在实验七中的 ucore 初始化过程,开始的执行流程都与实验六相同,直到执行到创建第二个内核线程 init_main 时,修改了 init_main 的具体执行内容,即增加了 check_sync 函数的调用,而位于 lab7_figs/kern/sync/check_sync.c 中的 check_sync 函数可以理解为是实验七的起始执行点,是实验七的总控函数。进一步分析此函数,可以看到这个函数主要分为了两个部分,第一部分是实现基于信号量的哲学家问题,第二部分是实现基于管程的哲学家问题。

对于 check_sync 函数的第一部分,首先实现初始化了一个互斥信号量,然后创建了对应 5 个哲学家行为的 5 个信号量,并创建 5 个内核线程代表 5 个哲学家,每个内核线程完成了基于信号量的哲学家吃饭睡觉思考行为实现。这部分是给学生作为练习参考用的。学生可以看看信号量是如何实现的,以及如何利用信号量完成哲学家问题。

对于 check_sync 函数的第二部分,首先初始化了管程,然后又创建了 5 个内核线程代表 5 个哲学家,每个内核线程要完成基于管程的哲学家吃饭、睡觉、思考的行为实现。这部分需要学生来具体完成。学生需要掌握如何用信号量来实现条件变量,以及包含条件变量的管程如何能够确保哲学家能够正常思考和吃饭。

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