1. Alarm System Call

목표

• Alarm : 호출한 프로세스를 정해진 시간 후에 다시 시작하는 커널 내부 함수
• Pintos에서는 알람 기능이 Busy waiting을 이용하여 구현되어 있음
• 이번 프로젝트에서 알람 기능을 sleep/wake up을 이용하여 다시 구현 한다.

Busy waiting 이란?

• Thread가 CPU를 점유하면서 대기하고 있는 상태
• CPU 자원이 낭비 되고, 소모 전력이 불필요하게 낭비될 수 있다.

/* Suspends execution for approximately TICKS timer ticks. */
void timer_sleep (int64_t ticks) {
	int64_t start = timer_ticks ();
	ASSERT(intr_get_level() == INTR_ON);

	while (timer_elapsed (start) < ticks)
		thread_yield ();
}

현재 while문 안에서 인자로 받은 ticks 만큼 계속해서 현재 CPU 점유를 다른 스레드에게 양보하고 ready_list의 제일 뒤로 넣어주고 있다.

즉, 계속해서 무한 루프를 돌면서 체크를 하기 때문에 CPU 자원을 낭비하게 된다.

👀 참고 사항
기본적으로 system timer는 초당 100회의 ticks을 발생시킨다 (즉, 1 tick = 10ms )

핀토스의 Thread Lifecycle

핀토스의 list 자료 구조

💻 구현하기

1. thread 구조체 수정

• 깨어나야 할 tick을 저장 (wakeup_tick)
  

2. 전역변수 추가

• Sleep queue 자료구조 추가
• next_tick_to_awake 전역 변수 추가
• sleep_list에서 대기중인 스레드 들의 wakeup_tick 값 중 최소값을 저장
  

3. 구현할 함수 선언

4. thread_init() 함수 수정

• Sleep queue 자료구조 초기화 코드 추가
  

5. timer_sleep() 함수 수정

• Sleep queue를 이용하도록 함수 수정
  

6. thread_sleep() 함수 구현

• Thread를 blocked 상태로 만들고 sleep queue에 삽입하여 대기
• timer_sleep() 함수에 의해 호출
  

여기서 현재 스레드가 idle thread 이면 sleep 되지 않도록 해야한다. idle 스레드는 운영체제가 초기화되고 ready_list가 생성될때 첫번째로 추가되는 스레드이다. 굳이 이 스레드를 만들어준 이유는 CPU를 실행상태로 유지하기 위함이다.

CPU가 할일이 없으면 아예 꺼져버리고, 할 일이 생기면 다시 켜지는 방식이므로 소모되는 전력보다 무의미한 일이라도 그냥 계속 하고 있는게 더 적은 전력을 소모한다.

7. timer_interrupt() 함수 수정

8. thread_awake() 함수 구현

• wakeup_tick값이 ticks보다 작거나 같은 스레드를 깨움
• 현재 대기중인 스레드들의 wakeup_tick변수 중 가장 작은 값을 next_tick_to_awake 전역 변수에 저장

9. update_next_tick_to_awake() 함수 추가

• next_tick_to_awake 변수를 업데이트
  

10. get_next_tick_to_awake() 함수 추가

결과

busy waiting을 제거한 후에는 sleep 상태에서 CPU를 점유하지 않기 때문에 idel tick이 증가함.

Question

Q : timer_interrupt를 하는 것은 하드웨어에서 일어나는 독립적인 main 문으로 보아도 되는가? 예를 들면 timer_sleep 함수에서 busy waiting 시에 while문 안에 있음에도 timer tick이 계속 증가하는 점.

A : 비슷한 느낌으로 생각 하면 된다. Interrupt가 enable 되어있다면 kenel code의 어느 부분을 실행 중이든 timer_interrupt가 발생할 수 있다.

예를들어

1 int main () {
2   int i = 0;
3   i += 1;
4   i -= 10;
5   return 0;
6 }

이런 코드가 있고, timer interrupt handler가

7 void timer_intr_handler () {
8   timer_ticks ++;
9 }

이런 식으로 생겼다면, main 함수를 실행중일 때 1~2번 줄 사이, 2~3번 줄 사이 등 어느 위치에서든 interrupt가 발생할 수 있다. 만약 2~3번 줄 사이에서 timer iinterrupt가 발생되었다면, 실제로 코드는 1 -> 2 -> 7 -> 8 -> 9 -> 3 -> 4 -> 5 -> 6 순으로 실행된다.