PintOS lab1 threads 实验记录

news2024/11/16 5:35:53

Background

首先完成这个实验我们需要理清线程怎么启动的和切换的

下面这张图可以大体表示线程状态的切换

让我们看看thread init的前世今生吧（:

从start.S汇编调用了一个c函数

pintos_init初始化了一堆东西，当然里面也包括了thread啦

int
pintos_init (void)
{
  char **argv;

  /* Clear BSS. */  
  bss_init ();

  /* Break command line into arguments and parse options. */
  argv = read_command_line ();
  argv = parse_options (argv);

  /* Initialize ourselves as a thread so we can use locks,
     then enable console locking. */
  thread_init ();
  console_init ();  

  /* Greet user. */
  printf ("Pintos booting with %'"PRIu32" kB RAM...\n",
          init_ram_pages * PGSIZE / 1024);

  /* Initialize memory system. */
  palloc_init (user_page_limit);
  malloc_init ();
  paging_init ();

  /* Segmentation. */
#ifdef USERPROG
  tss_init ();
  gdt_init ();
#endif

  /* Initialize interrupt handlers. */
  intr_init ();
  timer_init ();
  kbd_init ();
  input_init ();
#ifdef USERPROG
  exception_init ();
  syscall_init ();
#endif

  /* Start thread scheduler and enable interrupts. */
  thread_start ();
  serial_init_queue ();
  timer_calibrate ();

#ifdef FILESYS
  /* Initialize file system. */
  ide_init ();
  locate_block_devices ();
  filesys_init (format_filesys);
#endif

  printf ("Boot complete.\n");
  
  if (*argv != NULL) {
    /* Run actions specified on kernel command line. */
    run_actions (argv);
  } else {
    //...
  }
  //...
}

初始化init线程也叫main线程

让我们从最开始开始，我们还要初始化一个init_thread， idel_thread放到ready_list里面，为了即使一个线程也可以做tswith.有点链表哑结点那味。

void
thread_start (void) 
{
  /* Create the idle thread. */
  struct semaphore idle_started;
  sema_init (&idle_started, 0);
  thread_create ("idle", PRI_MIN, idle, &idle_started);

  /* Start preemptive thread scheduling. */
  intr_enable ();

  /* Wait for the idle thread to initialize idle_thread. */
  sema_down (&idle_started);
}

然后就是thread_unblock，thread_block

一般是sleep，或者lock阻塞才用到，把状态变为block

在ready_list里面选择优先级最高的，然后切换线程上下文

然后就是thread_schedule_tail：Completes a thread switch by activating the new thread's page

tables, and, if the previous thread is dying, destroying it。还有就是设置一下struct thread*的状态

thread_unblock就是把线程插入到ready_list里面等待调度。

thread_yield就是出让cpu给别的线程，自己放入ready_list里面

thread_exit不言自明

然后关于时间片这个概念，我们要先从一个硬件中断定时器说起，实际上这个也是单核上能做到并发假象的关键，如果我们关中断的话，就是一个串行程序了，这个debug时可以用的一个trick

注册一个中断函数。

中断函数来做提高时间，可能这个时间就是本地时钟吧，sleep_tick来唤醒sleep的线程

thread_tick 来做一个时间片耗尽后的出让，也就是thread_yiled()

大体背景也就是这样，实际上说到这，后面的lab也就是修修补补

分三个部分来讲吧

lab内容

lab1.1 实现 sleep

然后记录下ticks，然后等中断时，遍历减一

lab1.2 实现优先级调度和优先级捐赠

优先级调度就是ready_list按thread priority做排序，然后每次run_next_thread的时，取优先级最大的

但是在持有锁的情况下，可能发生不符合我们预期的事，这就是优先级翻转,解决办法就是优先级捐赠

还有一个挑战就是优先级捐赠有传递性，多重性（持有多个锁，优先级取最高的）

举个例子

那么我们的实现也就很正常水到渠成了

就是thread里面做一个wait_lockomg因为一个thread只能被一个lock阻塞，然后我们传递优先级也是传递到这个wait_locking,lock->holder可以定位到那个thread,然后递归做就行了。

然后lock_release时，要减低优先级。

让我们看看lock_acquire和lock_release的实现吧

lab1,3 高级调度

就是实现一个类似BSD4.4 的调度器

有什么优势吗？

我们看到recent_cpu和load_avg有一个系数，实际上也就是说更近的recent_cpu和load_avg有着更大的权重。

pintos通过解析参数来选择调度器，如果选择的是mlqfs就是这个调度器，同时也学习了要static（如果不是全局的话，最好加一下，不然可能会重复定义）和external（全局，一个共享，一个是只声明）具体可以看看这篇bloghttps://www.cnblogs.com/honernan/p/13431431.html

然后pintos内核不支持浮点运算，因为Pintos does not support floating-point arithmetic in the kernel, because it would complicate and slow the kernel.