Nachos的線程管理模塊升級(jí)資料講解

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。Nachos的線程管理模塊升級(jí)-操作系統(tǒng)實(shí)踐設(shè)計(jì)報(bào)告學(xué)號(hào)姓名作業(yè)題目Nachos的線程管理模塊升級(jí)本作業(yè)要求本實(shí)習(xí)項(xiàng)目希望通過修改Nachos系統(tǒng)平臺(tái)的底層源代碼來實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)：擴(kuò)充線程數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。增加“用戶ID、線程ID”兩個(gè)數(shù)據(jù)成員，同時(shí)在Nachos現(xiàn)有的線程管理機(jī)制中增加對(duì)這兩個(gè)數(shù)據(jù)成員的維護(hù)機(jī)制。(必選)擴(kuò)展現(xiàn)有的線程狀態(tài)。Nachos平臺(tái)中的線程狀態(tài)只有“初啟態(tài)”、“就緒態(tài)”、“阻塞態(tài)”、“運(yùn)行態(tài)”四種情況。請(qǐng)?jiān)黾印皰炱穑╯uspending）”這個(gè)狀態(tài)，所謂“掛起”是指當(dāng)前的線程映象保存在磁

2、盤文件而不是內(nèi)存中?！皰炱稹睜顟B(tài)是未來實(shí)現(xiàn)“虛擬內(nèi)存管理”的重要基礎(chǔ)。修改線程調(diào)度算法。將Nachos平臺(tái)的線程管理機(jī)制調(diào)整為“搶占式”。具體可選擇“時(shí)間片輪轉(zhuǎn)”、“優(yōu)先級(jí)調(diào)度”、“多級(jí)隊(duì)列”等不同的調(diào)度算法。(必選)增加全局性的線程管理機(jī)制。擴(kuò)充Nachos平臺(tái)的現(xiàn)有操作命令，例如可以增加一個(gè)名為“ThreadView”的命令，執(zhí)行該命令，可以在屏幕上顯示目前所有存在的線程信息，包括“用戶ID“、“線程ID”、“當(dāng)前狀態(tài)”等。實(shí)現(xiàn)一個(gè)同步與互斥的例子。在完成以上修改后，可編寫一個(gè)實(shí)例程序，來實(shí)現(xiàn)某個(gè)“同步互斥”經(jīng)典問題的正確解法。例如可選擇“哲學(xué)家就餐”問題，實(shí)例程序會(huì)創(chuàng)建5個(gè)哲學(xué)家線程，這

3、些線程擁有同樣的用戶ID，可以遵循“信號(hào)量”機(jī)制來正確的運(yùn)行。也可以選擇“生產(chǎn)者消費(fèi)者”問題、“睡眠理發(fā)師問題”等其他經(jīng)典IPC問題。（可選）實(shí)踐過程詳細(xì)說明1.擴(kuò)充線程數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：在Thread類中增加線程ID，增加整形變量tid，增加全局變量id_port對(duì)tid進(jìn)行管理，tid的分配是從0開始掃描直到最大的線程數(shù)，看是否已經(jīng)被分配，尋找到一個(gè)最小的未被分配的tid分配給新建的線程，可以增加一些函數(shù)來維護(hù)線程ID。因?yàn)闆]有理解用戶ID號(hào)是什么，所以在這次的實(shí)驗(yàn)中沒有擴(kuò)充用戶ID。2.擴(kuò)展現(xiàn)有的線程狀態(tài)：在ThreadStatus中增加倆個(gè)元素STATIC_READY和STATIC_BLOCK

4、ED狀態(tài)，增加了倆個(gè)成員函數(shù)Thread:suspend()和Thread:active()，分別為掛起線程和激活線程。在掛起時(shí)，判斷線程的狀態(tài)，若為正在運(yùn)行或者就緒，則把線程狀態(tài)修改為STATIC_READY；若為阻塞，則修改為STATIC_BLOCKED，并把此線程加入掛起隊(duì)列中。在active()中根據(jù)給定的線程的id在掛起隊(duì)列中找到指定線程并修改其狀態(tài)。注：由于時(shí)間有限，如何把線程保存到磁盤文件中的功能未實(shí)現(xiàn)。3.修改線程調(diào)度算法：分為時(shí)間片輪轉(zhuǎn)和多級(jí)隊(duì)列算法。時(shí)間片輪轉(zhuǎn)算法中要求每個(gè)進(jìn)程每個(gè)進(jìn)程依次按時(shí)間片輪流執(zhí)行，時(shí)間片用完則計(jì)時(shí)器觸發(fā)一中斷，重新調(diào)度，在一給定的時(shí)間內(nèi)，就緒進(jìn)程均

5、能獲得一時(shí)間片的執(zhí)行時(shí)間。多級(jí)隊(duì)列算法根據(jù)作業(yè)的性質(zhì)或類型的不同，將就緒進(jìn)程隊(duì)列再分為若干個(gè)獨(dú)立于隊(duì)列，每個(gè)隊(duì)列采用一種算法。因此在scheduler.h增加了兩個(gè)就緒進(jìn)程隊(duì)列，為各隊(duì)列分配一定的占用CPU的時(shí)間比例來處理各隊(duì)列之間的關(guān)系。1)就緒隊(duì)列按時(shí)間片大小劃分，時(shí)間片愈小，優(yōu)先權(quán)愈高；(2)進(jìn)程不固定在一個(gè)隊(duì)列中，新創(chuàng)建進(jìn)程最高優(yōu)先權(quán)隊(duì)列，時(shí)間片到尚未完成的進(jìn)程下一級(jí)優(yōu)先隊(duì)列的末尾；代碼修改及評(píng)測(cè)說明代碼修改主要有：1.擴(kuò)充線程數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：在Thread.h中聲明pritave的成員變量uid和tid，在system.h中聲明externint*id_port2.擴(kuò)展現(xiàn)有的線程狀態(tài)：在s

6、ystem.h中聲明externList*hook_list，在thread.cc中聲明Thread:suspend()和Thread:active(intthread_id)，在list.cc中聲明List:Remove_At(intnum)和List:visit(intnum)3.修改線程調(diào)度算法：在thread.h中聲明privateintlevel,在scheduler.cc中修改了Scheduler:ReadyToRun(Thread*thread)和修改了Scheduler:FindNexToRun()，在scheduler.h中聲明了privateList*readyList1和List*readyList24.運(yùn)行結(jié)果：每行輸出結(jié)果結(jié)構(gòu)為用戶id線程號(hào)已經(jīng)使用的時(shí)間片數(shù)。一開始時(shí)我們使用系統(tǒng)提供的時(shí)鐘中斷來分割時(shí)間片，但由于難以保證一個(gè)時(shí)間片中輸出一句，影響演示效果，故在test函數(shù)中每次輸出做一次強(qiáng)制切換，讓每次循環(huán)模擬一個(gè)時(shí)間片。從