Nachos的线程管理模块升级.doc

操作系统实践设计报告 学号 姓名 作业题目 Nachos的线程管理模块升级 本作业要求 本实习项目希望通过修改Nachos系统平台的底层源代码来实现以下目标： 扩充线程数据结构。增加“用户ID、线程ID”两个数据成员，同时在Nachos 扩展现有的线程状态。Nachos平台中的线程状态只有“初启态”、“就绪态”、“阻塞态”、“运行态”四种情况。请增加“挂起（suspending）”这个状态，所谓“挂起”是指当前的线程映象保存在磁盘文件而不是内存中。“挂起”状态是未来实现“虚拟内存管理”的重要基础。 修改线程调度算法。将Nachos平台的线程管理机制调整为“抢占式”。具体可选择“时间片轮转”、“优先级调度”、“多级队列”等不同的调度算法。(必选) 增加全局性的线程管理机制。扩充Nachos平台的现有操作命令，例如可以增加一个名为“ThreadView”的命令，执行该命令，可以在屏幕上显示目前所有存在的线程信息，包括“用户ID“、“线程ID”、“当前状态”等 实现一个同步与互斥的例子。在完成以上修改后，可编写一个实例程序，来实现某个“同步－互斥”经典问题的正确解法。例如可选择“哲学家就餐”问题，实例程序会创建5个哲学家线程，这些线程拥有同样的用户ID，可以遵循“信号量”机制来正确的运行。也可以选择“生产者－消费者”问题、“睡眠理发师问题”等其他经典IPC问题。（可选） 实践过程详细说明 1.扩充线程数据结构：在Thread类中增加线程ID，增加整形变量tid，增加全局变量id_port对tid进行管理，tid的分配是从0开始扫描直到最大的线程数，看是否已经被分配，寻找到一个最小的未被分配的tid分配给新建的线程，可以增加一些函数来维护线程ID。因为没有理解用户ID号是什么，所以在这次的实验中没有扩充用户ID。 2.扩展现有的线程状态：在ThreadStatus中增加俩个元素STATIC_READY和STATIC_BLOCKED状态，增加了俩个成员函数Thread::suspend()和Thread::active()，分别为挂起线程和激活线程。在挂起时，判断线程的状态，若为正在运行或者就绪，则把线程状态修改为STATIC_READY；若为阻塞，则修改为STATIC_BLOCKED，并把此线程加入挂起队列中。在active()中根据给定的线程的id在挂起队列中找到指定线程并修改其状态。 注： 由于时间有限，如何把线程保存到磁盘文件中的功能未实现。 3.修改线程调度算法：分为时间片轮转和多级队列算法。时间片轮转算法中要求每个进程每个进程依次按时间片轮流执行，时间片用完则计时器触发一中断，重新调度，在一给定的时间内，就绪进程均能获得一时间片的执行时间。 多级队列算法根据作业的性质或类型的不同，将就绪进程队列再分为若干个独立于队列，每个队列采用一种算法。因此在scheduler.h增加了两个就绪进程队列，为各队列分配一定的占用CPU的时间比例来处理各队列之间的关系。 1)就绪队列按时间片大小划分，时间片愈小，优先权愈高； (2)进程不固定在一个队列中，新创建进程(最高优先权队列，时间片到尚未完成的进程(下一级优先队列的末尾； 代码修改及评测说明 代码修改主要有： 1.扩充线程数据结构： 在Thread.h中声明pritave 的成员变量 uid 和 tid，在system.h中声明extern int* id_port 2.扩展现有的线程状态： 在system.h中声明extern List* hook_list，在thread.cc中声明Thread::suspend()和Thread::active(int thread_id)，在list.cc中声明List::Remove_At(int num)和List::visit(int num) 3.修改线程调度算法： 在thread.h中声明private int level,在scheduler.cc中修改了Scheduler::ReadyToRun(Thread *thread)和修改了Scheduler::FindNexToRun()，在scheduler.h中声明了private List *readyList1和 List *readyList2 4.运行结果： 每行输出结果结构为 用户id 线程号 已经使用的时间片数。一开始时我们使用系统提供的时钟中断来分割时间片，但由于难以保证一个时间片中输出一句，影响演示效果，故在test函数中每次输出做一次强制切换，让每次循环模拟一个时间片。从开始可见