10a7dad5d022f7a294e5cce95d0a3dfb1148be73
[pintos-anon] / src / threads / synch.c
1 /* This file is derived from source code for the Nachos
2    instructional operating system.  The Nachos copyright notice
3    is reproduced in full below. */
4
5 /* Copyright (c) 1992-1996 The Regents of the University of California.
6    All rights reserved.
7
8    Permission to use, copy, modify, and distribute this software
9    and its documentation for any purpose, without fee, and
10    without written agreement is hereby granted, provided that the
11    above copyright notice and the following two paragraphs appear
12    in all copies of this software.
13
14    IN NO EVENT SHALL THE UNIVERSITY OF CALIFORNIA BE LIABLE TO
15    ANY PARTY FOR DIRECT, INDIRECT, SPECIAL, INCIDENTAL, OR
16    CONSEQUENTIAL DAMAGES ARISING OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE
17    AND ITS DOCUMENTATION, EVEN IF THE UNIVERSITY OF CALIFORNIA
18    HAS BEEN ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
19
20    THE UNIVERSITY OF CALIFORNIA SPECIFICALLY DISCLAIMS ANY
21    WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED
22    WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR
23    PURPOSE.  THE SOFTWARE PROVIDED HEREUNDER IS ON AN "AS IS"
24    BASIS, AND THE UNIVERSITY OF CALIFORNIA HAS NO OBLIGATION TO
25    PROVIDE MAINTENANCE, SUPPORT, UPDATES, ENHANCEMENTS, OR
26    MODIFICATIONS.
27 */
28
29 #include "threads/synch.h"
30 #include <stdio.h>
31 #include <string.h>
32 #include "threads/interrupt.h"
33 #include "threads/thread.h"
34
35 /* Initializes semaphore SEMA to VALUE and names it NAME (for
36    debugging purposes only).  A semaphore is a nonnegative
37    integer along with two atomic operators for manipulating it:
38
39    - down or "P": wait for the value to become positive, then
40      decrement it.
41
42    - up or "V": increment the value (and wake up one waiting
43      thread, if any). */
44 void
45 sema_init (struct semaphore *sema, unsigned value, const char *name) 
46 {
47   ASSERT (sema != NULL);
48   ASSERT (name != NULL);
49
50   strlcpy (sema->name, name, sizeof sema->name);
51   sema->value = value;
52   list_init (&sema->waiters);
53 }
54
55 /* Down or "P" operation on a semaphore.  Waits for SEMA's value
56    to become positive and then atomically decrements it.
57
58    This function may sleep, so it must not be called within an
59    interrupt handler.  This function may be called with
60    interrupts disabled, but interrupts will be turned back on if
61    we need to sleep. */
62 void
63 sema_down (struct semaphore *sema) 
64 {
65   enum intr_level old_level;
66
67   ASSERT (sema != NULL);
68   ASSERT (!intr_context ());
69
70   old_level = intr_disable ();
71   while (sema->value == 0) 
72     {
73       list_push_back (&sema->waiters, &thread_current ()->elem);
74       thread_block ();
75     }
76   sema->value--;
77   intr_set_level (old_level);
78 }
79
80 /* Up or "V" operation on a semaphore.  Increments SEMA's value
81    and wakes up one thread of those waiting for SEMA, if any.
82
83    This function may be called from an interrupt handler. */
84 void
85 sema_up (struct semaphore *sema) 
86 {
87   enum intr_level old_level;
88
89   ASSERT (sema != NULL);
90
91   old_level = intr_disable ();
92   if (!list_empty (&sema->waiters)) 
93     thread_unblock (list_entry (list_pop_front (&sema->waiters),
94                                 struct thread, elem));
95   sema->value++;
96   intr_set_level (old_level);
97 }
98
99 /* Return SEMA's name (for debugging purposes). */
100 const char *
101 sema_name (const struct semaphore *sema) 
102 {
103   return sema->name;
104 }
105
106 static void sema_test_helper (void *sema_);
107
108 /* Self-test for semaphores that makes control "ping-pong"
109    between a pair of threads.  Insert calls to printf() to see
110    what's going on. */
111 void
112 sema_self_test (void) 
113 {
114   struct semaphore sema[2];
115   int i;
116
117   printf ("Testing semaphores...");
118   sema_init (&sema[0], 0, "ping");
119   sema_init (&sema[1], 0, "pong");
120   thread_create ("sema-test", PRI_DEFAULT, sema_test_helper, &sema);
121   for (i = 0; i < 10; i++) 
122     {
123       sema_up (&sema[0]);
124       sema_down (&sema[1]);
125     }
126   printf ("done.\n");
127 }
128
129 /* Thread function used by sema_self_test(). */
130 static void
131 sema_test_helper (void *sema_) 
132 {
133   struct semaphore *sema = sema_;
134   int i;
135
136   for (i = 0; i < 10; i++) 
137     {
138       sema_down (&sema[0]);
139       sema_up (&sema[1]);
140     }
141 }
142 \f
143 /* Initializes LOCK and names it NAME (for debugging purposes).
144    A lock can be held by at most a single thread at any given
145    time.  Our locks are not "recursive", that is, it is an error
146    for the thread currently holding a lock to try to acquire that
147    lock.
148
149    A lock is a specialization of a semaphore with an initial
150    value of 1.  The difference between a lock and such a
151    semaphore is twofold.  First, a semaphore can have a value
152    greater than 1, but a lock can only be owned by a single
153    thread at a time.  Second, a semaphore does not have an owner,
154    meaning that one thread can "down" the semaphore and then
155    another one "up" it, but with a lock the same thread must both
156    acquire and release it.  When these restrictions prove
157    onerous, it's a good sign that a semaphore should be used,
158    instead of a lock. */
159 void
160 lock_init (struct lock *lock, const char *name)
161 {
162   ASSERT (lock != NULL);
163   ASSERT (name != NULL);
164
165   lock->holder = NULL;
166   sema_init (&lock->semaphore, 1, name);
167 }
168
169 /* Acquires LOCK, sleeping until it becomes available if
170    necessary.  The lock must not already be held by the current
171    thread.
172
173    This function may sleep, so it must not be called within an
174    interrupt handler.  This function may be called with
175    interrupts disabled, but interrupts will be turned back on if
176    we need to sleep. */
177 void
178 lock_acquire (struct lock *lock)
179 {
180   enum intr_level old_level;
181
182   ASSERT (lock != NULL);
183   ASSERT (!intr_context ());
184   ASSERT (!lock_held_by_current_thread (lock));
185
186   old_level = intr_disable ();
187   sema_down (&lock->semaphore);
188   lock->holder = thread_current ();
189   intr_set_level (old_level);
190 }
191
192 /* Releases LOCK, which must be owned by the current thread.
193
194    An interrupt handler cannot acquire a lock, so it does not
195    make sense to try to release a lock within an interrupt
196    handler. */
197 void
198 lock_release (struct lock *lock) 
199 {
200   enum intr_level old_level;
201
202   ASSERT (lock != NULL);
203   ASSERT (lock_held_by_current_thread (lock));
204
205   old_level = intr_disable ();
206   lock->holder = NULL;
207   sema_up (&lock->semaphore);
208   intr_set_level (old_level);
209 }
210
211 /* Returns true if the current thread holds LOCK, false
212    otherwise.  (Note that testing whether some other thread holds
213    a lock would be racy.) */
214 bool
215 lock_held_by_current_thread (const struct lock *lock) 
216 {
217   ASSERT (lock != NULL);
218
219   return lock->holder == thread_current ();
220 }
221
222 /* Returns the name of LOCK (for debugging purposes). */
223 const char *
224 lock_name (const struct lock *lock) 
225 {
226   ASSERT (lock != NULL);
227
228   return sema_name (&lock->semaphore);
229 }
230 \f
231 /* One semaphore in a list. */
232 struct semaphore_elem 
233   {
234     list_elem elem;                     /* List element. */
235     struct semaphore semaphore;         /* This semaphore. */
236   };
237
238 /* Initializes condition variable COND and names it NAME.  A
239    condition variable allows one piece of code to signal a
240    condition and cooperating code to receive the signal and act
241    upon it. */
242 void
243 cond_init (struct condition *cond, const char *name) 
244 {
245   ASSERT (cond != NULL);
246   ASSERT (name != NULL);
247
248   strlcpy (cond->name, name, sizeof cond->name);
249   list_init (&cond->waiters);
250 }
251
252 /* Atomically releases LOCK and waits for COND to be signaled by
253    some other piece of code.  After COND is signaled, LOCK is
254    reacquired before returning.  LOCK must be held before calling
255    this function.
256
257    The monitor implemented by this function is "Mesa" style, not
258    "Hoare" style, that is, sending and receiving a signal are not
259    an atomic operation.  Thus, typically the caller must recheck
260    the condition after the wait completes and, if necessary, wait
261    again.
262
263    A given condition variable is associated with only a single
264    lock, but one lock may be associated with any number of
265    condition variables.  That is, there is a one-to-many mapping
266    from locks to condition variables.
267
268    This function may sleep, so it must not be called within an
269    interrupt handler.  This function may be called with
270    interrupts disabled, but interrupts will be turned back on if
271    we need to sleep. */
272 void
273 cond_wait (struct condition *cond, struct lock *lock) 
274 {
275   struct semaphore_elem waiter;
276
277   ASSERT (cond != NULL);
278   ASSERT (lock != NULL);
279   ASSERT (!intr_context ());
280   ASSERT (lock_held_by_current_thread (lock));
281   
282   sema_init (&waiter.semaphore, 0, "condition");
283   list_push_back (&cond->waiters, &waiter.elem);
284   lock_release (lock);
285   sema_down (&waiter.semaphore);
286   lock_acquire (lock);
287 }
288
289 /* If any threads are waiting on COND (protected by LOCK), then
290    this function signals one of them to wake up from its wait.
291    LOCK must be held before calling this function.
292
293    An interrupt handler cannot acquire a lock, so it does not
294    make sense to try to signal a condition variable within an
295    interrupt handler. */
296 void
297 cond_signal (struct condition *cond, struct lock *lock) 
298 {
299   ASSERT (cond != NULL);
300   ASSERT (lock != NULL);
301   ASSERT (!intr_context ());
302   ASSERT (lock_held_by_current_thread (lock));
303
304   if (!list_empty (&cond->waiters)) 
305     sema_up (&list_entry (list_pop_front (&cond->waiters),
306                           struct semaphore_elem, elem)->semaphore);
307 }
308
309 /* Wakes up all threads, if any, waiting on COND (protected by
310    LOCK).  LOCK must be held before calling this function.
311
312    An interrupt handler cannot acquire a lock, so it does not
313    make sense to try to signal a condition variable within an
314    interrupt handler. */
315 void
316 cond_broadcast (struct condition *cond, struct lock *lock) 
317 {
318   ASSERT (cond != NULL);
319   ASSERT (lock != NULL);
320
321   while (!list_empty (&cond->waiters))
322     cond_signal (cond, lock);
323 }
324
325 /* Returns COND's name (for debugging purposes). */
326 const char *
327 cond_name (const struct condition *cond)
328 {
329   ASSERT (cond != NULL);
330
331   return cond->name;
332 }