Lernziel

Schutz kritischer Abschnitte mit Hilfe des Prolog-/Epilogmodells.

Aufgabenbeschreibung

Die Synchronisation der Aktivitäten innerhalb von OOStuBS/MPStuBS soll auf die Verwendung des Pro-/Epilogmodells umgestellt werden. Euer bisheriges Programm (Aufgabe 2) soll also so verändert werden, dass die Synchronisation nicht mehr durch Interruptsperren (harte Synchronisation) erfolgt.

Hierzu müssen die Klassen Keyboard, Panic, Gate und die Funktion guardian() angepasst bzw. erweitert werden. Die Klassen Guard und Secure kommen neu dazu. Außerdem ist es natürlich notwendig, dass ihr eure Applikation entsprechend anpasst.

Außerdem soll ein globales Guard Objekt guard angelegt werden, mit dessen Hilfe alle kritischen Abschnitte geschützt werden sollen.

In MPStuBS muss der Guard nicht nur gegen Interrupts schützen, sondern auch andere CPUs aussperren und so am Betreten des kritischen Abschnittes hindern. Dazu soll der Guard aktiv warten und die Abarbeitung des kritischen Abschnitts auf diese Weise serialisieren.

Klassenübersicht für Aufgabe 3

Eigenschaften von Prolog und Epilog

Gate::prologue()

Der Prolog wird von der Hardware über den Umweg des guardian() aktiviert.
Der Code im Prolog soll kurz sein und nur die nötigste Behandlung der Hardware vornehmen. Es soll sich minimalen Zustand mit dem Rest des Systems teilen.
Die Verwendung eines Prologs reduziert die Interruptlatenz im gesamten System.
Bei Bedarf fordert ein Prolog einen Epilog an

Gate::epilogue()

Der Epilog wird nach dem Prolog ausgeführt und ist dessen kausale Folge.
Die Ausführung von Epilogen wird auf Ebene 1/2 im gesamten System synchronisiert. Das heisst, dass zu jedem Zeitpunkt nur ein Kontrollfluss auf Ebene 1/2 ist.
Auf Ebene 1/2 sind Interrupts immer aktiv. Es können Prologe auftreten..
Die Ausführung von Epilogen ist greedy. Das heisst, dass wenn ein Epilog ausgeführt werden kann, er ausgeführt wird. Niemals verlässt jemand die Ebene 1/2, wenn noch Epiloge vorhanden sind.
Für MPStuBS gilt: Epiloge werden auf der CPU ausgeführt, auf denen die Prologe stattgefunden haben.

Implementierungshinweise

Das Testprogramm kann von Aufgabe 2 übernommen werden. Auch diesmal sollen wieder Ausgaben an verschiedenen Positionen aus dem Hauptprogramm und aus dem Interrupthandler gemacht werden.
Da die Verwendung des Pro-/Epilogmodells den Schutz kritischer Abschnitte mit Hilfe von CPU::disable_int() und CPU::enable_int() und in MPStuBS auch mit Hilfe eines eigenen Spinlocks weitgehend überflüssig macht, sollten zunächst einmal wieder alle entsprechenden Aufrufe entfernt werden.
Da bei unserer Implementierung die Interrupts vor Aufruf von guardian() gesperrt werden, müssen sie an geeigneter Stelle "von Hand" wieder freigegeben werden.
In MPStuBS können zum Schutz der kritischen Abschnitte im Guard zusätzlich zu Interruptsperren die in Aufgabe 2 implementierten Spinlocks verwendet werden, um auch gegen andere CPUs synchronisieren zu können.

Vorgaben

Zur Erstellung der Epilog-Warteschlange werden die Hilfsklassen Queue und QueueLink vorgegeben. Bei Verwendung müsst ihr jedoch auf die richtige Synchronisation achten.