📀 KAIST:PINTOS | Implementation | Alarm

테스트

테스트 이름	목적
alarm-single	여러 스레드가 1번씩 자고 정확히 깨어나는가
alarm-multiple	여러 스레드가 여러 번 반복해서 sleep/wakeup 하는가
alarm-simultaneous	여러 스레드가 동시에 같은 tick에 깨어나는가
alarm-priority	sleep 중에도 우선순위 스케줄링이 지켜지는가
alarm-zero	timer_sleep(0)이 즉시 반환되는가
alarm-negative	음수 ticks에도 시스템이 안정적으로 작동하는가

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변경점

1. timer_sleep() 수정 (timer.c)

// 현재 스레드를 주어진 tick 수만큼 잠들게 만드는 함수
void timer_sleep(int64_t ticks) {
  // 만약 ticks가 0 이하라면, 바로 리턴 (즉, 잠들 필요 없음)
  // 예: timer_sleep(0), timer_sleep(-1) 등 → 그냥 무![](https://velog.velcdn.com/images/qnfrma1997/post/d79221a0-96fc-43ed-97d4-2195a702984e/image.png)
시
  if (ticks <= 0) return;

  // 현재 시간을 가져와서, 언제 깨어나야 할지를 계산
  // 지금 시간 + ticks 만큼이 깨어나야 할 시점
  int64_t wakeup_tick = timer_ticks() + ticks;

  // 현재 스레드를 sleep_list에 넣고 BLOCK 상태로 전환
  // 깨어나야 할 시간인 wakeup_tick을 저장하고 정렬 삽입
  thread_sleep(wakeup_tick);
}

→ 바쁜 대기(busy wait)를 없애고, BLOCK 방식으로 sleep 요청을 처리하도록 수정함.

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2. thread_sleep() 구현 (thread.c)

// 현재 스레드를 깨어나야 할 시점(wakeup_tick)까지 BLOCK 상태로 만들고 sleep_list에 추가하는 함수
void thread_sleep(int64_t wakeup_tick) {
  // 현재 실행 중인 스레드의 포인터를 가져옴
  struct thread *curr = thread_current();

  // sleep_list는 공유 자원이기 때문에, 인터럽트를 잠시 비활성화하여 충돌 방지
  enum intr_level old = intr_disable();

  // 현재 스레드가 깨어나야 할 시간을 스레드 구조체에 기록
  curr->wakeup_tick = wakeup_tick;

  // sleep_list에 현재 스레드를 깰 시간 순서로 정렬 삽입
  // 이때 비교 기준 함수는 wakeup_compare()
  list_insert_ordered(&sleep_list, &curr->elem, wakeup_compare, NULL);

  // 현재 스레드를 BLOCK 상태로 전환 → 스케줄러에 의해 실행 중지됨
  thread_block();

  // 인터럽트 상태를 원래대로 복원 (안전하게 다시 켜줌)
  intr_set_level(old);
}

→ 현재 스레드를 BLOCK 시키고, sleep_list에 정렬된 상태로 삽입.

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3. thread_awake() 구현 (thread.c)

// 현재 시간(now_tick)보다 먼저 깨워야 할 스레드들을 sleep_list에서 꺼내 READY 상태로 만드는 함수
void thread_awake(int64_t now_tick) {
  // sleep_list가 비어있지 않은 동안 계속 반복
  while (!list_empty(&sleep_list)) {
    // 리스트 맨 앞의 요소를 가져와서, 해당 스레드 포인터로 변환
    struct thread *t = list_entry(list_front(&sleep_list), struct thread, elem);

    // 해당 스레드의 wakeup_tick이 현재 시간보다 같거나 작으면 → 깨어날 시간 도달
    if (t->wakeup_tick <= now_tick) {
      // 리스트에서 해당 스레드를 제거
      list_pop_front(&sleep_list);

      // 해당 스레드를 READY 상태로 전환 (다시 실행될 수 있게)
      thread_unblock(t);
    }
    // 아직 깰 시간이 되지 않은 스레드가 맨 앞에 있으면 → 그 뒤 스레드들도 모두 later → 정지
    else break;
  }
}

→ 매 tick마다 깰 시간이 된 스레드들을 READY 상태로 바꿈.

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4. wakeup_compare() 구현 (thread.c)

// sleep_list에 스레드를 삽입할 때 사용되는 비교 함수
// wakeup_tick 값을 기준으로 오름차순 정렬되도록 한다
static bool wakeup_compare(const struct list_elem *a, const struct list_elem *b, void *aux UNUSED) {
  // a와 b는 sleep_list 안의 요소들인데, list_elem 타입이므로
  // 실제로는 struct thread 안에 포함된 elem 필드임
  // 따라서 list_entry 매크로를 이용해 원래 구조체(= struct thread)로 되돌림

  // a가 가리키는 thread의 wakeup_tick 값이 b보다 작으면 true 반환
  return list_entry(a, struct thread, elem)->wakeup_tick
       < list_entry(b, struct thread, elem)->wakeup_tick;
}

→ sleep_list를 깰 시간 오름차순으로 정렬하기 위한 비교 함수.

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5. timer_interrupt() 수정 (timer.c)

// 타이머 인터럽트가 발생할 때마다 호출되는 인터럽트 핸들러
// 1초에 TIMER_FREQ(기본 100회) 만큼 실행됨
void timer_interrupt(struct intr_frame *args UNUSED) {
  // 시스템이 부팅된 이후 흐른 전체 tick 수를 1 증가시킴
  // → tick은 PintOS의 기본적인 시간 단위
  ticks++;

  // 현재 스레드가 한 tick 동안 실행되었음을 커널에 알림
  // → 스케줄링, CPU 점유 시간 등 내부 관리에 사용됨
  thread_tick();

  // 지금 tick까지 도달한 스레드가 있다면 깨우기
  // → sleep_list에 있는 스레드들을 확인하고,
  //    wakeup_tick이 현재 tick보다 작거나 같은 스레드들을 READY로 전환
  thread_awake(ticks);
}

→ 타이머 인터럽트 발생 시마다 깰 스레드를 체크해서 깨우는 흐름 추가.

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추가

• thread.h에 thread_sleep, thread_awake 함수 선언 추가 (경고 제거 목적)
• list_insert_ordered()는 PintOS에서 기본 제공되는 정렬 삽입 함수 → 직접 사용
• list_entry()를 통해 list_elem → struct thread 포인터 변환

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테스트 파일(.output) 관리

• make check TEST=alarm-single 명령은 alarm 계열 테스트들을 연속 실행하기 때문에,
• 각각의 .output 파일(alarm-single.output, alarm-multiple.output 등)을 수동으로 생성하고,
• tests/threads/ 디렉토리에 복사하여 자동 채점이 가능하게 구성

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키워드

키워드	의미
BLOCK / READY 상태	스레드가 CPU를 점유 가능한지 여부
sleep_list	잠든 스레드들을 보관하는 전역 리스트
wakeup_tick	스레드가 깨어나야 할 시점 (tick)
list_insert_ordered	리스트에 정렬 삽입하는 함수
list_entry	list_elem* → 구조체 포인터로 변환하는 매크로
interrupt_disable/enable	리스트 조작 시 인터럽트 충돌 방지용

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정리

기존 timer_sleep()은 busy wait 방식이라 비효율적이었고,
thread_sleep()과 thread_awake()를 구현해 BLOCK 상태 기반 슬립/웨이크업 구조를 만들어야함
그걸 timer_interrupt()에 연결해서 매 tick마다 sleep_list를 순회하며 깰 스레드를 READY로 만듬