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 來編譯 utils

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

在/src/threads 并運行來編譯線程目錄 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 并運行

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

Threads

Mission1

該部分內容主要是需要我們修改 timer_sleep 函數
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(); }

通過查看相關教程及分析，可知 start 獲取了起始時間， 然后斷言必須可以被中斷， 不然會一直死循環下去。

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

追蹤 thread_yield()函數及 schedule()函數，schedule 負責切換下一個線程進行 run，thread_yield 負責把當前線程放到就緒隊列里，然后重新 schedule（當 ready 隊列為空時線程會繼續在 CPU 執行）。 而 timer_sleep 則是在 ticks 時間內，如果線程出于 running 狀態就不斷把線程放到就緒隊列不讓他執行。由此可以發現它存在的問題：
線程不斷在 CPU 就緒隊列和 running 隊列之間來回，占用了 CPU 資源。因此我們決定添加喚醒機制。

函數實現

修改 thread 結構體：

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. */};

添加了一個變量 ticks_blocked 用于記錄剩余阻塞時間。在 timer_sleep 函數中，將該線程阻塞并設置阻塞時間。這一過程需要解除中斷。
修改 timer_sleep 函數

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()的底層是將當前線程設置為 THREAD_BLOCKED 后重新調度，狀態為 THREAD_BLOCKED 的線程將從就緒隊列中移除。 然后在適當時間喚醒線程，在每個 tick 內遍歷所有線程，并將 ticks_blocked 值減一，如果該值小于等于 0，則將其從阻塞隊列中移除并重新調度。每次時間片輪轉都會調度 timer_interrupt 函數。

/* 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：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于 check_blocked_time 的聲明

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

此時 Mission1 通過部分

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

然后完成線程優先級的問題。通過發現 thread.c 中的 next_thread_to_run()函數，發現其中存在一個 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，發現了 list_max 函數，可用于根據比較函數查找 ready_list 中優先級最高的線程。構造比較函數，利用 list_max 和 list_entry 將優先級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，Mission1 部分全部通過。

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 測試看起，改測試創建了一個一個優先級 PRI_DEFAULT+2 的主線程，并用這個線程創建了 16 個優先級 PRI_DEFAULT+1 的子線程，然后把主線程的優先級設置為優先級 PRI_DEFAULT。
測試需要把 16 個線程跑完后結束主線程，但操作系統中線程是并行執行的，有可能最開始的一個線程在設置完優先級之后立刻結束了，而此時其他線程并未結束。因此在線程設置完優先級之后應該立刻重新調度，需要在 thread_set_priority()函數里添加 thread_yield()函數。

結語

斯坦福操作系統課程設計的難度很大，無論是從環境的配置和搭建，文檔的查詢和翻譯，相關資料的搜集和理解，都需要花費很多的功夫。通過 pintos 的自學，我能夠更清晰地理解操作系統中的線程到底是怎么一回事，需要考慮哪些因素：優先級的循環更新，嵌套調度，時間片的考量，關于線程鎖的概念，以及更復雜的隊列調度算法。受限于時間原因，這里只完成到 thread 部分。

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的操作系统课程设计之Pintos的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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