山东大学计算机学院操作系统实验报告.docx

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山东大学计算机学院操作系统实验报告

山东大学计算机学院操作系统实验报告

操作系统课程设计报告

学院：

计算机科学与技术学院

专业：

计算机科学与技术

班级：

20**级*班

姓名：

***

学号：

20**********

一实验平台

开发语言：

Java

开发工具：

EclipseLuna

操作系统：

Ubuntu14.04

二Project1建立线程系统

Task1.1实现KThread.join（）

1.要求

实现ImplementKThread.join（）函数。

注意：

其它的线程不必调用join函数，但是如果它被调用的话，也只能被调用一次。

对join函数第二次调用的执行结果是不被定义的（即使第二次调用的线程与第一次调用的线程不同）。

2.分析

Join函数的作用即为等待某线程运行完毕.当前线程（唯一一个正在运行的线程）A调用另一个线程（处于就绪状态）B的join函数时（A和B在Nachos中均为KThread类型对象）,A被挂起,直到B运行结束后,join函数返回,A才能继续运行。

3.方案

原KThread的join（）中的Lib.assertTrue（this!

=currentThread）已经实现线程只能调用一次join（）方法，根据要求，在调用join（）方法时，让当前运行线程休眠，并将当前运行的线程加入到一个阻塞队列中。

在线程结束时，finish（）函数循环唤醒所有被阻塞的线程。

4.实现代码

publicvoidjoin（）

{

Lib.debug（dbgThread,"Joiningtothread:

"+toString（））;

Lib.assertTrue（this!

=currentThread）;

booleanintStatus=Machine.interrupt（）.disable（）;

if（status!

=statusFinished）

{

waitForJoin.waitForAccess（currentThread）;

KThread.sleep（）;

}

}

publicstaticvoidfinish（）

{

Lib.debug（dbgThread,"Finishingthread:

"+currentThread.toString（））;

Machine.interrupt（）.disable（）;

Machine.autoGrader（）.finishingCurrentThread（）;

Lib.assertTrue（toBeDestroyed==null）;

toBeDestroyed=currentThread;

currentThread.status=statusFinished;

KThreadwaitThread;

while（（waitThread=currentThread.waitForJoin.nextThread（））!

=null）

{

waitThread.ready（）;

}

sleep（）;

}

Task1.2利用中断提供原子性，直接实现条件变量

1.要求

通过利用中断有效和无效所提供的原子性实现条件变量。

我们已经提供类似的例子用例实现信号量。

你要按此提供类似的条件变量的实现，不能直接利用信号量来实现（你可以使用lock，虽然它间接地调用了信号量）。

在你完成时要提供条件变量的两种实现方法。

你的第二种条件变量实现要放在nachos.threads.Condition2中。

2.分析

threads.Lock类提供了锁以保证互斥.在临界代码区的两端执行Lock.acquire（）和Lock.release（）即可保证同时只有一个线程访问临界代码区.条件变量建立在锁之上,由threads.Condition实现,它是用来保证同步的工具.每一个条件变量拥有一个锁变量（该锁变量亦可被执行acquire和release操作,多个条件变量可共享同一个锁变量）.当处于临界区内的拥有某锁L的当前线程对与锁L联系的条件变量执行sleep操作时,该线程失去锁L并被挂起.下一个等待锁L的线程获得锁L（这个过程由调度程序完成）并进入临界区.当拥有锁L的临界区内的当前线程对与锁L联系的条件变量执行wake操作时（通常调用wake之后紧接着就是Lock.release）,等待在该条件变量上的之多一个被挂起的线程（由调用sleep引起）被重新唤醒并设置为就绪状态.若执行wakeall操作,则等待在该条件变量上的所有被挂起的线程都被唤醒.

3.方案

condition.sleep采用waiter.P（）实现休眠（waitor是一个信号量）并将waitor放入信号量队列,在我们的实现中改成用KThread.sleep（）实现休眠并将当前线程放入线程队列,并在sleep函数开始/结尾处屏蔽/允许中断以保证原子性。

condition.wake中从等待信号量队列中取出信号量并对其进行V操作实现唤醒,在我们的实现中改成从线程队列中取出线程用KThread.ready（）实现唤醒（同样要在wake函数开始/结尾处屏蔽/允许中断）。

wakeall函数的实现依赖于wake（）.只需不断地wake直到队列为空为止.

4.实现代码

privateThreadQueuewaitQueue=

ThreadedKernel.scheduler.newThreadQueue（false）;

privatebooleanhasWaiter=false;

publicvoidsleep（）

{

Lib.assertTrue（conditionLock.isHeldByCurrentThread（））;

booleanintStatus=Machine.interrupt（）.disable（）;

waitQueue.waitForAccess（KThread.currentThread（））;

hasWaiter=true;

conditionLock.release（）;

KThread.sleep（）;

conditionLock.acquire（）;

Machine.interrupt（）.restore（intStatus）;

}

publicvoidwake（）

{

Lib.assertTrue（conditionLock.isHeldByCurrentThread（））;

booleanintStatus=Machine.interrupt（）.disable（）;

KThreadthread=waitQueue.nextThread（）;

if（thread!

=null）

thread.ready（）;

else

hasWaiter=false;

Machine.interrupt（）.restore（intStatus）;

}

publicvoidwakeAll（）

{

Lib.assertTrue（conditionLock.isHeldByCurrentThread（））;

while（hasWaiter）

wake（）;

}

Task1.3实现waitUntil

1.要求

通过实现waitUntil（intx）方法来完成Alarm类。

2.分析

一个线程通过调用waitUntil函数来挂起它自己，直到now+x后才被唤醒。

在实时操作中，对线程是非常有用的，例如实现光标每秒的闪烁。

这里并不要求线程被唤醒后马上执行它，只是在它等待了指定时间后将它。

放入等待队列中。

不要通过产生任何附加的线程来实现waitUntil函数，你仅需要修改waitUntil函数和时间中断处理程序。

waitUntil函数并不仅限于一个线程使用，在任意时间，任意多的线程可以调用它来阻塞自己。

3.方案

于Alarm类有关的是machine.Timer类.它在大约每500个时钟滴答使调用回调函数（由Timer.setInterruptHandler函数设置）.因此,Alarm类的构造函数中首先要设置该回调函数Alarm.timerInterrupt（）.

为了实现waitUntil,需要在Alarm类中实现一个内部类Waiter,保存等待的线程及其唤醒时间.在调用waitUntil（x）函数时,首先得到关于该线程的信息:

（线程:

当前线程,唤醒时间:

当前时间+x）,然后构造新的Waiter对象,并调用sleep操作使当前线程挂起.在时钟回调函数中（大约每500个时钟间隔调用一次）则依次检查队列中的每个对象。

如果唤醒时间大于当前时间,则将该对象移出队列并执行wake操作将相应线程唤醒。

4.实现代码

classWaiter

{

Waiter（longwakeTime,KThreadthread）

{

this.wakeTime=wakeTime;

this.thread=thread;

}

privatelongwakeTime;

privateKThreadthread;

}

publicvoidwaitUntil（longx）

{

booleanintStatus=Machine.interrupt（）.disable（）;

longwakeTime=Machine.timer（）.getTime（）+x;

Waiterwaiter=newWaiter（wakeTime,KThread.currentThread（））;

waitlist.add（waiter）;

System.out.println（KThread.currentThread（）.getName（）

+"线程休眠，时间为：

"+Machine.timer（）.getTime（）+",应该在

"+wakeTime+"醒来."）;

KThread.sleep（）;

Machine.interrupt（）.restore（intStatus）;

}

publicvoidtimerInterrupt（）

{

Waiterwaiter;

for（inti=0;i

{

waiter=waitlist.remove（）;

if（waiter.wakeTime<=Machine.timer（）.getTime（））

{

System.out.println（"唤醒线程：

"+waiter.thread.getName（）+"，

时间为：

"+Machine.timer（）.getTime（））;

waiter.thread.ready（）;//线程进入就绪状态

}

else

waitlist.add（waiter）;

}

KThread.currentThread（）.yield（）;

}

privateLinkedListwaitlist;

Task1.4用条件变量，不使用信号量，实现同步发送接收消息，speak，listen

1.要求

使用条件变量来实现一个字长信息的发送和接收同步。

使用voidspeak（intword）和