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操作系统课程设计之Pintos

發(fā)布時(shí)間：2023/12/10 windows 34 豆豆

生活随笔收集整理的這篇文章主要介紹了操作系统课程设计之Pintos 小編覺得挺不錯(cuò)的,現(xiàn)在分享給大家,幫大家做個(gè)參考.

資源下載地址：https://download.csdn.net/download/sheziqiong/86784890
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Pintos 的安裝和配置

安裝 qemu
sudo apt-get install qemu

從 Git 公共庫(kù)獲得最新 Pintos
git clone git://pintos-os.org/pintos-anon

/utils/pintos-gdb 用 VIM 打開，編輯 GDBMACROS 變量，將 Pintos 完整路徑賦給該變量。

用 VIM 打開 Makefile 并將 LOADLIBES 變量名編輯為 LDLIBS

在/src/utils 中輸入 make 來(lái)編譯 utils

編輯/src/threads/Make.vars（第 7 行）：更改 bochs 為 qemu

在/src/threads 并運(yùn)行來(lái)編譯線程目錄 make

編輯/utils/pintos（第 103 行）：替換 bochs 為 qemu
編輯/utils/pintos（257 行）：替換 kernel.bin 為完整路徑的 kernel.bin
編輯/utils/pintos（621 行）：替換 qemu 為 qemu-system-x86_64
編輯/utils/Pintos.pm（362 行）：替換 loader.bin 為完整路徑的 loader.bin

打開~/.bashrc 并添加 export PATH=/home/…/pintos/src/utils:$PATH 到最后一行。

重新打開終端輸入 source ~/.bashrc 并運(yùn)行

在 Pintos 下打開終端輸入 pintos run alarm-multiple

Threads

Mission1

該部分內(nèi)容主要是需要我們修改 timer_sleep 函數(shù)
首先查看原本 timer_sleep 代碼

/* Sleeps for approximately TICKS timer ticks. Interrupts mustbe turned on. */ void timer_sleep (int64_t ticks) { int64_t start = timer_ticks ();ASSERT (intr_get_level () == INTR_ON);while (timer_elapsed (start) < ticks)thread_yield(); }

通過(guò)查看相關(guān)教程及分析，可知 start 獲取了起始時(shí)間，然后斷言必須可以被中斷，不然會(huì)一直死循環(huán)下去。

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

追蹤 thread_yield()函數(shù)及 schedule()函數(shù)，schedule 負(fù)責(zé)切換下一個(gè)線程進(jìn)行 run，thread_yield 負(fù)責(zé)把當(dāng)前線程放到就緒隊(duì)列里，然后重新 schedule（當(dāng) ready 隊(duì)列為空時(shí)線程會(huì)繼續(xù)在 CPU 執(zhí)行）。而 timer_sleep 則是在 ticks 時(shí)間內(nèi)，如果線程出于 running 狀態(tài)就不斷把線程放到就緒隊(duì)列不讓他執(zhí)行。由此可以發(fā)現(xiàn)它存在的問(wèn)題：
線程不斷在 CPU 就緒隊(duì)列和 running 隊(duì)列之間來(lái)回，占用了 CPU 資源。因此我們決定添加喚醒機(jī)制。

函數(shù)實(shí)現(xiàn)

修改 thread 結(jié)構(gòu)體：

struct thread{/* Owned by thread.c. */tid_t tid; /* Thread identifier. */enum thread_status status; /* Thread state. */char name[16]; /* Name (for debugging purposes). */uint8_t *stack; /* Saved stack pointer. */int priority; /* Priority. */struct list_elem allelem; /* List element for all threads list. *//* Shared between thread.c and synch.c. */struct list_elem elem; /* List element. */#ifdef USERPROG/* Owned by userprog/process.c. */uint32_t *pagedir; /* Page directory. */ #endif/* Owned by thread.c. */unsigned magic; /* Detects stack overflow. */int64_t ticks_blocked; /* Time for blocked. */};

添加了一個(gè)變量 ticks_blocked 用于記錄剩余阻塞時(shí)間。在 timer_sleep 函數(shù)中，將該線程阻塞并設(shè)置阻塞時(shí)間。這一過(guò)程需要解除中斷。
修改 timer_sleep 函數(shù)

void timer_sleep (int64_t ticks) {if(ticks <= 0) return;ASSERT (intr_get_level () == INTR_ON);enum intr_level old_level = intr_disable ();struct thread *current_thread = thread_current ();current_thread->ticks_blocked = ticks;thread_block ();intr_set_level (old_level); } ```www.biyezuopin.vipthread_block()的底層是將當(dāng)前線程設(shè)置為 THREAD_BLOCKED 后重新調(diào)度，狀態(tài)為 THREAD_BLOCKED 的線程將從就緒隊(duì)列中移除。然后在適當(dāng)時(shí)間喚醒線程，在每個(gè) tick 內(nèi)遍歷所有線程，并將 ticks_blocked 值減一，如果該值小于等于 0，則將其從阻塞隊(duì)列中移除并重新調(diào)度。每次時(shí)間片輪轉(zhuǎn)都會(huì)調(diào)度 timer_interrupt 函數(shù)。

/* Timer interrupt handler. */
static void
timer_interrupt (struct intr_frame *args UNUSED)
{
ticks++;
thread_tick ();
thread_foreach(check_blocked_time,NULL);
}

定義 check_blocked_time 函數(shù)：將 ticks_blocked 減一，若 ticks_blocked 小于 0，則將其喚醒。```void check_blocked_time(struct thread *t, void *aux){if (t->status == THREAD_BLOCKED && t->ticks_blocked > 0){t->ticks_blocked--;if (t->ticks_blocked == 0)thread_unblock(t);} }

在頭文件也要添加關(guān)于 check_blocked_time 的聲明

void check_blocked_time(struct thread *t, void *aux);

此時(shí) Mission1 通過(guò)部分

pass tests/threads/alarm-single pass tests/threads/alarm-multiple pass tests/threads/alarm-simultaneous FAIL tests/threads/alarm-priority pass tests/threads/alarm-zero pass tests/threads/alarm-negative

然后完成線程優(yōu)先級(jí)的問(wèn)題。通過(guò)發(fā)現(xiàn) thread.c 中的 next_thread_to_run()函數(shù)，發(fā)現(xiàn)其中存在一個(gè) ready_list。

static struct thread * next_thread_to_run (void) {if (list_empty (&ready_list))return idle_thread;elsereturn list_entry (list_pop_front (&ready_list), struct thread, elem); }

查找 list.c 文件，發(fā)現(xiàn)了 list_max 函數(shù)，可用于根據(jù)比較函數(shù)查找 ready_list 中優(yōu)先級(jí)最高的線程。構(gòu)造比較函數(shù)，利用 list_max 和 list_entry 將優(yōu)先級(jí)最高的線程移除并返回。

bool thread_compare_priority (const struct list_elem *a,const struct list_elem *b,void *aux UNUSED){return list_entry(a,struct thread,elem)->priority < list_entry(b,struct thread,elem)->priority; } static struct thread * next_thread_to_run (void) {if (list_empty (&ready_list))return idle_thread;else{struct list_elem *max_priority = list_max (&ready_list,thread_compare_priority,NULL);list_remove (max_priority);return list_entry (max_priority,struct thread,elem);} }

此時(shí)，Mission1 部分全部通過(guò)。

pass tests/threads/alarm-single pass tests/threads/alarm-multiple pass tests/threads/alarm-simultaneous pass tests/threads/alarm-priority pass tests/threads/alarm-zero pass tests/threads/alarm-negative

Mission2

從 priority-fifo 測(cè)試看起，改測(cè)試創(chuàng)建了一個(gè)一個(gè)優(yōu)先級(jí) PRI_DEFAULT+2 的主線程，并用這個(gè)線程創(chuàng)建了 16 個(gè)優(yōu)先級(jí) PRI_DEFAULT+1 的子線程，然后把主線程的優(yōu)先級(jí)設(shè)置為優(yōu)先級(jí) PRI_DEFAULT。
測(cè)試需要把 16 個(gè)線程跑完后結(jié)束主線程，但操作系統(tǒng)中線程是并行執(zhí)行的，有可能最開始的一個(gè)線程在設(shè)置完優(yōu)先級(jí)之后立刻結(jié)束了，而此時(shí)其他線程并未結(jié)束。因此在線程設(shè)置完優(yōu)先級(jí)之后應(yīng)該立刻重新調(diào)度，需要在 thread_set_priority()函數(shù)里添加 thread_yield()函數(shù)。

結(jié)語(yǔ)

斯坦福操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)的難度很大，無(wú)論是從環(huán)境的配置和搭建，文檔的查詢和翻譯，相關(guān)資料的搜集和理解，都需要花費(fèi)很多的功夫。通過(guò) pintos 的自學(xué)，我能夠更清晰地理解操作系統(tǒng)中的線程到底是怎么一回事，需要考慮哪些因素：優(yōu)先級(jí)的循環(huán)更新，嵌套調(diào)度，時(shí)間片的考量，關(guān)于線程鎖的概念，以及更復(fù)雜的隊(duì)列調(diào)度算法。受限于時(shí)間原因，這里只完成到 thread 部分。