【nachos】山东大学操作系统课设实验nachos系统（1）：线程初探

实验内容：
下载并编译nachos之后（注意只能在32位linux下成功编译）
1. 跟踪执行nachos之后，观察以下函数的执行
(a) 上下文切换函数 SWITCH()
(b) 函数 ThreadRoot()

1. 使用gdb运行nachos，回答一下问题:
   (a) 在你的nachos中，以下函数的地址是什么:
   1
   i. InterruptEnable()
   ii. SimpleThread()
   iii. ThreadFinish()
   iv. ThreadRoot()
   并描述你怎样找到他们的地址的.
   (b) 以下线程对象的地址是什么？
   i. main thread
   ii. 被主线程创造的forked thread
   并描述怎么找到他们的
   (c) 主线程第一次执行到SWITCH函数的时候，它执行到最后一条语句ret后，返回给cpu的地址是什么？这个地址在程序中指向什么？
   (d) 子线程第一次执行到SWITCH函数的时候，它执行到最后一条语句ret后，返回给cpu的地址是什么？这个地址在程序中指向什么？

实验步骤与内容：
1、在threads目录下使用make命令编译
2、用gdb nachos命令开启调试
3、查看源代码的执行，熟悉执行流程
4、程序自main函数开始执行，在Initialize函数中，初始化了main线程的 对象。继续执行执行ThreadTest函数后打印出内容

可见本程序运行关键步骤在于ThreadTest函数。

进入ThreadTest函数后可以发现，函数中完成了
①创建新的线程对象forked thread，
②调用对象的Fork方法，绑定SimpleThread这个函数，
③主进程执行函数SimpleThread。

在SimpleThread函数中做的工作很简单，只是打印出线程n的循环次数i，然后使线程yield。

接下来分析Yield函数和Fork函数。
Fork函数：

可以看出，函数完成的工作是
①为线程分配栈空间，在StackAllocate函数中主要进行以下数据的初始化

可以看出它为线程定义了整个生命周期各个阶段的入口地址和参数，包括线程初始化函数ThreadRoot，fork函数中传入的函数指针，线程结束函数ThreadFinish。
②将线程本身添加到scheduler的就绪队列中等待调度。本步操作是原子操作不允许被中断。

Yield函数：

操作：①将当前线程添加到就绪队列
②scheduler切换至下一个可以运行的线程。
综上，两步操作中途不允许打断，且完成的工作是打断当前线程，允许就绪队列中下一个线程被调度运行，自身加入就绪队列。

了解了以上两个函数，可以看出，子线程被fork了之后，simpleThread函数将会在其生命周期中得以执行，且子线程加入就绪队列，但此时并未得到执行的机会。而主线程执行SimpleThread函数，打出一句话后，调用yield后会将执行权交给子线程，子线程重复该过程，打印之后将执行权交换，直到执行完毕。以上过程再simpleThread中重复数次之后，子线程在simpleThread执行完毕后进入ThreadFinish的阶段被回收，主线程因为还有其他操作所以继续执行。

观察SWITCH和ThreadRoot的执行：
SWITCH和ThreadRoot本身是汇编代码，需要进入swith.s文件查看

观察易知：switch函数完成的操作很简单：将当前正在执行的状态存入“旧线程”对象中，从“新线程”对象中取出运行状态加载到寄存器，并跳转到ra即将要执行的代码地址。

ThreadRoot:

ThreadRoot是线程整个生命周期的一个整合，会跳转到不同的函数入口以完成线程的整个生命周期。
5、在题目2（b）中的函数上设置断点，记录其地址即为答案

6、删除上述断点，在SWITCH和ThreadRoot和Initialize和ThreadTest上设置断点
7、执行程序，程序进入Initailize，执行149行currentThread = new Thread(“main”);使用print currentThread即可查看主线程对象地址
8、继续执行程序，进入ThreadTest函数，执行46行Thread *t = new Thread(“forked thread”);使用print t查看子线程对象地址
9、继续执行，进入SWITCH函数，SWITCH和ThreadRoot是汇编代码，SWITCH负责切换当前两个进程的上下文，ThreadRoot是整个进程的生命周期。单步ni执行至SWITCH切换到ThreadRoot时，是主进程切换至了子进程，子进程刚刚进入生命周期。此时ThreadRoot第一句的地址是SWITCH的ret，代表跳转到以下地址执行。
10、再次执行，执行到SWITCH，因为两个进程交换执行，所以这次是子进程交换至主进程。同上步，即为2（c），2（d）两题的解。