NACHOS 线程调度

基于线程优先级调度部分

一、问题分析及工作原理

 

进程的基本状态：就绪，运行，阻塞

进程程的基本操作：创建，阻塞，唤醒

 

   Fork方法调用StackAllocate，分配一块固定大小的内存作为线程的堆栈，设置栈首指针，线程准备好运行后进行线程切换，会切换到ThreadRoot函数。ThreadRoot函数将会开中断，并调用func(arg)成为一个独立的调度单位。然后设置PC指针，从ThreadRoot开始运行，初始化宿主机寄存器，为ThreadRoot作好准备，ThreadRoot将分别调用InterruptEnable，   func(arg)和ThreadFinish。Yield方法用于本线程放弃处理机。Sleep方法可以使当前线程转入阻塞态，并放弃CPU，直到被另一个线程唤醒，把它放回就绪线程队列。如果没有就绪线程时，就把时钟前进到一个中断发生的时刻，让中断发生并处理此中断，这是因为在没有线程占用CPU时，只有中断处理程序可能唤醒一个线程，并把它放入就绪线程队列。

     Scheduler类用于实现线程的调度。它维护一个就绪线程队列，当一个线程可以占用处理机时，就可以调用ReadyToRun方法把这个线程放入就绪线程队列，并把线程状态改成就绪态。FindNextToRun方法根据调度策略，取出下一个应运行的线程，并把这个线程从就绪线程队列中删除。如果就绪线程队列为空，则此函数返回空(NULL)。现有的调度策略是先进先出策略(FIFO)

 

 

二、算法思想设计： 

    为线程（Thread）添加priority属性，用来描述每个线程的优先级，并在线程创建时设置或创建后修改线程的优先级，加入就绪队列（readyList）时，先比较当前线程和就绪队列里的线程的优先级，优先级高的插入在前面，如果优先级相同，则两个线程按先后顺序排列，相当与先来先服务（FCFS），这样，当CPU空闲时需要从就绪队列取出一个线程时，取出的总是优先级最高的线程。

 

三、详细设计及关键代码分析：

    首先，为线程（Thread）添加priority属性，用来描述每个线程的优先级，并添加int setpriority()设置进程优先级和getpriority（）获得线程优先级的函数，并增加新的构造函数Thread(char* threadName ,intprio)

 

//Thread.h

//添加了priority属性以及getPriority()和setpriority()

//添加了新的构造函数Thread(char* threadName ,intprio)

 

 

//thread.cc

//在原来的构造函数Thread（char *threadName）中设置默认优先级为最高（0）

 

 

//新的构造方法Thread(char* threadName ,int prio)

 

 

 

然后修改readyList为SortedList类型（原来为List类型），方便插入就绪线程，对线程进行排序。

//Scheduler.h

 

 

 

当一个线程需要加入到就绪队列时不是采用原来的(thread)将线程加入到最后，而是利用Insert(thread)将线程按优先级插入到就绪队列

//Scheduler.cc

修改SelfTest()创建几个不同优先级的进程进行测试

//Thread.cc

以上创建了四个不同优先级的线程，按优先级高的线程优先执行，如果优先级相同，则按照等待时间长的优先运行，线程优先级为

t3>t1>t2=t4

而由于线程2先于线程4加入等待队列则线程2先执行，故执行顺序应该为：

t3->t1->t2->t4

四、测试及结果分析：

./nachos -K

实际运行结果如下：

由以上运行结果可知进程是按优先级高低顺序来执行的

 

 

 

 

 

 

五、多道程序

主要完成以下设计：

1.exec 系统调用

exec 用于执行一个可执行文件

      首先从 4 号寄存器读取系统调用的参数(即传递的可执行文件名指针,也就是在内存的地址),然后从内存读取文件名,打开文件,使用该可执行文件初始化一个新的进 程空间,将当前的进程的地址空间覆盖,初始化所有的寄存器值,恢复到进程空间, 开始执行。

 

2.Open系统调用

      Open 系统调用用于打开一个文件,返回文件描述符。可以调用 nachos 系统封装的 打开文件的方法,这个方法是调用了底层的操作系统的方法,然后打开的是宿 主系统的文件。然后将打开的文件描述符写到 2 号寄存器,执行下一条指令。

 

3.Read 系统调用

read 系统调用传递打开的文件描述符,读的大小,缓冲区地址用于存放读的内容, 返回读得字节数。首先从寄存器取得参数,然后调用 nachos 封装宿主机的方法读取 内容以及读到的字节数,然后将内容写到 nachos 模拟的物理内存,地址是 刚刚接受的参数,最后将读到的字节数写道 2 号寄存器,执行下一条指令。

4.Write 系统调用

先读取内容的地址(在内存中),读取写入的大小以及要 写入的文件描述符,然后写到文件中(调用 nachos 封装的方法)。