北大操作系统高级课程-陈向群作业-线程机制实习报告

发布时间：



线程机制实习报告



目录
内容一：总体概述..................................................................................................................3内容二：任务完成情况...........................................................................................................3
任务完成列表（Y/N）.....................................................................................................3具体Exercise的完成情况................................................................................................3内容三：遇到的困难以及解决方法.......................................................................................7内容四：收获及感想..............................................................................................................7内容五：对课程的意见和建议...............................................................................................7内容六：参考文献..................................................................................................................8
2


内容一：总体概述
本次lab主要是对线程机制的学习和理解。首先，进程控制块（PCB）是进程存在的标志，系统利用PCB来控制和管理进程，所以PCB是系统感知进程存在的唯一标志。用它来记录进程的外部特征，描述进程的运动变化过程。Exercise1通过对不同系统的进程控制块的调研学习进程控制块在不同系统中的实现方式。
内容二：任务完成情况
任务完成列表（Y/N）
完成情况
Exercise1
Y
Exercise2
Y
Exercise3
Y
Exercise4
Y
具体Exercise的完成情况
Exercise1调研
调研Linux或Windows中进程控制块（PCB）的基本实现方式，理解与Nachos的异同。解答：
Linux的进程控制块为一个由结构task_struct所定义的数据结构，task_struct存放在/include/linux/sched.h中，其中包括管理进程所需的各种信息。Linux系统的所有进程控制块组织成结构数组形式。早期的Linux版本是多可同时运行进程的个数由NR_TASK(缺省值为512规定,NR_TASK即为PCB结果数组的长度。近期版本中的PCB组成一个环形结构，系统中实际存在的进程数由其定义的全局变量nr_task来动态记录。结构数组：structtask_struct*task[NR_TASK]={&init_task}来记录指向各PCB的指针，该指针数组定义于/kernel/sched.c中。在创建一个新进程时，系统在内存中申请一个空的task_struct区，即空闲PCB块，并填入所需信息。同时将指向该结构的指针填入到task[]数组中。当前处于运行状态进程的PCB用指针数组current_set[]来指出。这是因为Linux支持多处理机系统，系统内可能存在多个同时运行的进程，故current_set定义成指针数组。
Linux系统的PCB包括很多参数，每个PCB约占1KB多的内存空间。用于表示PCB的结构task_struct简要描述如下：
structtask_struct{
pid_tpid;//进程ID,用来代表一个进程volatilelongstate;//进程状态
intsigpending;//进程上是否有待处理的信号longcounter;//进程可运行的时间量longnice;//进程的基本时间片
structmm_struct*mm;//进程内存管理信息structlist_headrun_list;//指向运行队列的指针unsignedlongsleep_time;//进程的睡眠时间
3


structtask_struct*next_task,*prev_task;//用于将系统中所有的进程连成一个双向循环链表…….};
对于Nachos，通过对code/threads/thread.cc和code/threads/thread.h的阅读得知Thread类的对象相当于进程的PCB。
Exercise2源代码阅读
仔细阅读下列源代码，理解Nachos现有的线程机制。code/threads/main.cc和code/threads/threadtest.cccode/threads/thread.h和code/threads/thread.cc
解答：ThreadTest用于创建线程，并对线程进行测试，运行结果如下图。SimpleThread分别循环5次，打印出每次的就绪的线程。

thread.h定义了thread类的信息，包括状态，以及转变状态的方法，它相当于一个PBC。thread.cc中可以初始化线程控制块并控制线程。

Exercise3扩展线程的数据结构
增加“用户ID、线程ID”两个数据成员，并在Nachos现有的线程管理机制中增加对这两个数据成员的维护机制。解答：
1.修改thread.h增加userId和threadId变量。
4



2.修改threadtest.cc的SimpleTHread在该方法中可以设置ThreadId和UserId也可以取到ThreadId和UserId

3.运行结果
5




Exercise4增加全局线程管理机制
在Nachos中增加对线程数量的限制，使得Nachos中最多能够同时存在128个线程；解答：
1.增加一个全局变量名为curCount用来记录当前的线程数量。

2.修改thread.cc中的Fork方法，新增一段控制当全局的curCount超出128的时候直接返回。


6


内容三：遇到的困难以及解决方法
困难1
首先，以前没有用过Linux操作系统，对于里面的命令、以及如何在Linux系统下进行代码编写、编译、运行等等以前都没有接触过。对于本次的作业我找了很多同学和同事，自己也找了很多资料终于经过了几天的努力自己安装了Ubuntu系统，并对里边的命令进行了学习。但是在安装nachos的时候编译总是报错，后来在群里同学的帮助下安装了g++，并且参考了老师给的文档，正确的解决了这个问题。
困难2
我之前一直是做java开发的，没有接触过c++，看nachos里边的代码确实费了不少的时间。特别是对c++中的类在写法上和java有很多的区别。再加上对开发环境和编译环境的不熟悉导致代码调试的速度比较慢。另外对于c++中代码的很多写法不是特别的熟悉，所以在作业中很多地方都采用了较简单的写法。我想在今后的学习中再多强化一下这方面的学习，把编写c++的熟练度提高上来。
内容四：收获及感想
通过这次阅读和修改操作系统的源码，我学会了不少os方面的细节问题，原来对操作系统的学习只是概念层面的理解，和考研时一些内存空间大小，文件大小的计算。而对于每个线程究竟是如何执行的，如何调度的，但是通过对nachos源码的阅读，和对其中部分代码进行这些exercise里面要求的改写之后，发现原来模糊的概念开始变的具体明朗，其内部是如何真实运行的，机理是如何在其中发挥作用的，都清楚了不少。
另外我一直是做java开发的原来没接触过c++，更没有在Linux操作系统下做过开发，在装Ubuntu系统和nachos的时候我周五和周六弄了2个通宵也没有配置好。最后专程跑去找小组组长才帮我把问题解决了。我在网上查询各种相关资料，也专门去图书馆借了两本书，希望能在短时间内通过自己的努力把之前没有学过的东西补上。在完成作业的过程中，和几个同学也商量过如何解决的问题，在os的群里面，也看到了同学在解决问题时候遇到的困难，群里的同学都相互帮助，并且群里同学反映的那些问题基本我在操作的过程中也会遇到类似的问题，觉得采取这种方式交流心得，是个高效及时的方法。
内容五：对课程的意见和建议
我希望在课上老师可以找一些较好的同学上台上演示编码，这样对于我们平时在编码中遇到的问题可以给予一定的指导。另外我希望老师能多在课堂上给出一定的时间让同学们去实践，或者在每个lib结束之后可以挑一些比较好的同学的实验结果展示一下，这样对于其他同学是一个很好的学习机会，也能及时对自己实验进行改正。
7


内容六：参考文献
［1］（荷）塔嫩鲍姆，现代操作系统［M].北京：机械工业出版社，2009-7-1.［2］谭浩强，C++程序设计［M].北京：清华大学出版社，2004-7-1.［3］陈向群，现代操作系统讲义［EB/OL].北京，2013-2-29.
［4］(美萨瓦(SarwarS.M.(美克雷兹(KoretskyR.，LINUX教程，[M]清华大学出版社,2005-6-1
［5］（美）StanleyB.LippmanBarbaraE.MooJoséeLaJoie，C++Primer中文版第4版［M].北京：人民邮电出版社，2006-6-1.

8

北大操作系统高级课程-陈向群作业-线程机制实习报告

推荐内容

相关推荐