nachos lab1 執行緒機制

本次lab的主要內容是拓展nachos的執行緒機制，在nachos的執行緒模型中新增tid和uid，並新增相應的管理機制。

本次lab的重要知識點在於對nachos中線程具體實現方式的理解，

exercise 1 –> y

exercise 2 –> y

exercise 3 –> y

exercise 4 –> y

調研linux或windows中程序控制塊（pcb）的基本實現方式，理解與nachos的異同。

linux中的pcb包含以下的內容

pid特徵資訊

程序狀態

優先順序通訊狀態

現場保護區

資源需求、分配控制資訊

程序實體資訊

其他（工作單位、工作區、檔案資訊）

nachos中的pcb實現

pcb的實現thread.h中，其中僅包含以下資訊：

stacktop and stack, 表示當前程序所佔的棧頂和棧底

machinestate，保留未在cpu上執行的程序的暫存器狀態

status，表示當前程序的狀態

仔細閱讀下列源**，理解nachos現有的執行緒機制

1. code/threads/main.cc和code/threads/threadtest.cc

2. code/threads/thread.h和code/threads/thread.cc

thread.cc中實現了thread類的一系列成員函式，包含如下幾種：

thread();//thread的建構函式
~thread();//thread的析構函式
chechoverflow();//檢查執行緒的棧是否溢位
finsh();//當fork執行結束後由threadroot呼叫，呼叫sleep，並準備將當前程序銷毀
yield();//如果有其他程序在等待，則讓當前程序下cpu
sleep();//當前程序由於被阻塞而下cpu
......

threadtest.cc是乙個簡單的執行緒除錯程式，在main中呼叫threadtest()函式，並完成一些可自定義的測試方法。

增加「使用者id、執行緒id」兩個資料成員，並在nachos現有的執行緒管理機制中增加對這兩個資料成員的維護機制。

思路

維護乙個標識陣列tid_flag，用以表明當前flag是否被分配，每次建立程序時去表中找到第乙個未被分配的tid，將其分配給這個陣列。當刪除乙個程序時，則將程序對應的tid_flag置為0

新增資料

在thread.h中，對thread類新增以下內容：

private:
int tid;
int uid;
public:
int gettid()
int getuid()

資料成員的維護機制

在system.h中，宣告外部變數:

extern int tid_flag[128];

同時在system.cc中宣告變數, 並在initialize()中對變數進行初始化：

//變數宣告
int tid_flag[128];
//in initialize()
for(int i = 0;i < 128; ++i)

更改thread::thread(char* threadname):

thread::thread(char* threadname)
} 
#ifdef user_program
space = null;
#endif
printf("thread %d created!\n", this->tid);
}

更改thread::~thread():

thread::~thread()

在nachos中增加對執行緒數量的限制，使得nachos中最多能夠同時存在128個執行緒；

仿照linux中ps命令，增加乙個功能ts(threads status)，能夠顯示當前系統中所有執行緒的資訊和狀態。

思路

在thread中新增static thread* getinstance(char* threadname)方法，每次建立新的thread時首先呼叫該方法，若當前程序數未超過限制，則正常建立，並返回新建立指標的指標，否則，提示出錯，返回null

對於ts()，維護tid_flag陣列時維護乙個thread* tid_pointer[128]的陣列，該陣列初始化為null，儲存tid對應的thread的指標，在ts中，通過指標得到thread的對應資訊

新增變數threadnum

記錄當前的執行緒數，定義類似於tid_flag,故不贅述

更改thread::thread()屬相

將thread::thread()由public改為private

新增thread::getinstance()方法

thread* thread::getinstance(char* threadname)else
}

ts函式

//ts, print the thread status
void ts()
}printf("-------------------------------------\n");
}

最大執行緒數

testnum = 130

threadtest()中迴圈呼叫testnum次threadtest1()

ts函式

在threadtest()最後呼叫

我遇到了以下兩個問題：

1. uid的管理機制

在向thread類中新增了uid後，我並不清楚應該怎麼獲得userid，所以並不知道uid的初始化應該如何完成

解決方法：

通過和同學討論，我們一致認為當前的lab並不涉及使用者程序，所有程序都是跑在核心態，故並不需要對userid程序分析，可以在初始化時將uid設定乙個預設值

2. 最大程序數的實現

我一開始並不明確應該用什麼方法實現這個功能，所以做了一些嘗試。

我最初的實現方法是在thread::thread(char* threadname)中判定當前是否有可分配的tid，若有則正常分配，否則將其tid設為預設值128，在對執行緒程序**時根據tid判定，若為128則將其**

但是後來思考發現，可以通過getinstance的方式，首先判斷條件，然後再根據情況返回指向thread的指標或者null。

其實我最終的實現方法有個問題，因為並不能呼叫thread::thread()新建乙個程序，給人感覺並不直觀，甚至有點奇怪。而且我不確定這種方式對後續的lab是否有影響。

通過這次lab，我覺得我最大的收穫在於對nachos的執行緒機制以及對作業系統內部程序的管理機制的理解更加深刻。

暫無[1] andrew s. tanenbaum著．陳向群馬洪兵譯 .現代作業系統［ｍ］．北京：機械工業出版社，2011：47-95．

[2] nachos doc:

nachos lab1 執行緒機制

Windows執行機理執行緒的機制 1

ACE執行緒管理機制併發控制 1

ACE執行緒管理機制併發控制 1

nachos lab1 執行緒機制

Windows執行機理 執行緒的機制 1

ACE執行緒管理機制 併發控制 1

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