基于nachos線程工作機制與系統(tǒng)調用及多道程序分析

操作系統(tǒng)課程設計專業(yè)名稱：_軟件工程______________________操作系統(tǒng)課程設計——基于nachos的課程設計主要完成工作：閱讀代碼，完成基于線程優(yōu)先級調度，多道程序設計，完成小組課程設計報告基于線程優(yōu)先級調度部分一、問題分析及工作原理線程運行機制圖：Thread::Yield()Thread::Thread()Thread::Yield()Thread::Thread()Thread::Fork()Thread*Scheduler::Thread::Fork()Thread*Scheduler::FindNextToRun()callScheduler::ReadyToRunvoidThread::Sleep(boolfinishing)voidThread::Sleep(boolfinishing)ReadyReadyScheduler::RunRunning(Thread*nextThread,Yield()Runningboolfinishing)voidThread::SleepScheduler::(boolfinishing)ReadyToRun(Thread*thread)BlockedBlocked進程的基本狀態(tài)：就緒，運行，阻塞進程程的基本操作：創(chuàng)建，阻塞，喚醒Fork方法調用StackAllocate，分配一塊固定大小的內存作為線程的堆棧，設置棧首指針，線程準備好運行后進行線程切換，會切換到ThreadRoot函數。ThreadRoot函數將會開中斷，并調用func(arg)成為一個獨立的調度單位。然后設置PC指針，從ThreadRoot開始運行，初始化宿主機寄存器，為ThreadRoot作好準備，ThreadRoot將分別調用InterruptEnable， func(arg)和ThreadFinish。Yield方法用于本線程放棄處理機。Sleep方法可以使當前線程轉入阻塞態(tài)，并放棄CPU，直到被另一個線程喚醒，把它放回就緒線程隊列。如果沒有就緒線程時，就把時鐘前進到一個中斷發(fā)生的時刻，讓中斷發(fā)生并處理此中斷，這是因為在沒有線程占用CPU時，只有中斷處理程序可能喚醒一個線程，并把它放入就緒線程隊列。Scheduler類用于實現(xiàn)線程的調度。它維護一個就緒線程隊列，當一個線程可以占用處理機時，就可以調用ReadyToRun方法把這個線程放入就緒線程隊列，并把線程狀態(tài)改成就緒態(tài)。FindNextToRun方法根據調度策略，取出下一個應運行的線程，并把這個線程從就緒線程隊列中刪除。如果就緒線程隊列為空，則此函數返回空(NULL)。現(xiàn)有的調度策略是先進先出策略(FIFO)二、算法思想設計：為線程（Thread）添加priority屬性，用來描述每個線程的優(yōu)先級，并在線程創(chuàng)建時設置或創(chuàng)建后修改線程的優(yōu)先級，加入就緒隊列（readyList）時，先比較當前線程和就緒隊列里的線程的優(yōu)先級，優(yōu)先級高的插入在前面，如果優(yōu)先級相同，則兩個線程按先后順序排列，相當與先來先服務（FCFS），這樣，當CPU空閑時需要從就緒隊列取出一個線程時，取出的總是優(yōu)先級最高的線程。三、詳細設計及關鍵代碼分析：首先，為線程（Thread）添加priority屬性，用來描述每個線程的優(yōu)先級，并添加intsetpriority()設置進程優(yōu)先級和getpriority（）獲得線程優(yōu)先級的函數，并增加新的構造函數Thread(char*threadName,intprio)//Thread.h//添加了priority屬性以及getPriority()和setpriority()//添加了新的構造函數Thread(char*threadName,intprio)//thread.cc//在原來的構造函數Thread（char*threadName）中設置默認優(yōu)先級為最高（0）//新的構造方法Thread(char*threadName,intprio)然后修改readyList為SortedList類型（原來為List類型），方便插入就緒線程，對線程進行排序。//Scheduler.h當一個線程需要加入到就緒隊列時不是采用原來的(thread)將線程加入到最后，而是利用Insert(thread)將線程按優(yōu)先級插入到就緒隊列//Scheduler.cc修改SelfTest()創(chuàng)建幾個不同優(yōu)先級的進程進行測試//Thread.cc以上創(chuàng)建了四個不同優(yōu)先級的線程，按優(yōu)先級高的線程優(yōu)先執(zhí)行，如果優(yōu)先級相同，則按照等待時間長的優(yōu)先運行，線程優(yōu)先級為t3>t1>t2=t4而由于線程2先于線程4加入等待隊列則線程2先執(zhí)行，故執(zhí)行順序應該為：t3->t1->t2->t4四、測試及結果分析：./nachos-K實際運行結果如下：由以上運行結果可知進程是按優(yōu)先級高低順序來執(zhí)行的五、多道程序部分主要完成以下設計：1.exec系統(tǒng)調用exec用于執(zhí)行一個可執(zhí)行文件首先從4號寄存器讀取系統(tǒng)調用的參數(即傳遞的可執(zhí)行文件名指針,也就是在內存的地址),然后從內存讀取文件名,打開文件,使用該可執(zhí)行文件初始化一個新的進程空間,將當前的進程的地址空間覆蓋,初始化所有的寄存器值,恢復到進程空間,開始執(zhí)行。2.Open系統(tǒng)調用Open系統(tǒng)調用用于打開一個文件,返回文件描述符。可以調用nachos系統(tǒng)封裝的打開文件的方法,這個方法是調用了底層的操作系統(tǒng)的方法,然后打開的是宿主系統(tǒng)的文件。然后將打開的文件描述符寫到2號寄存器,執(zhí)行下一條指令。3.Read系統(tǒng)調用read系統(tǒng)調用傳遞打開的文件描述符,讀的大小,緩沖區(qū)地址用于存放讀的內容,返回讀得字節(jié)數。首先從寄存器取得參數,然后調用nachos封裝宿主機的方法讀取內容以及讀到的字節(jié)數,然后將內容寫到nachos模擬的物理內存,地址是剛剛接受的參數,最后將讀到的字節(jié)數寫道2號寄存器,執(zhí)行下一條指令。4.Write系統(tǒng)調用先讀取內容的地址(在內存中),讀取寫入的大小以及要寫入的文件描述符,然后寫到文件中(調用nachos封裝的方法)。六、問題分析在實現(xiàn)多道程序時出現(xiàn)了比較多的問題，導致最后沒能完成，首先，我們對多道程序運行機制進行了詳細的了解，并根據源碼中的樣例ADD的執(zhí)行過程，單步跟蹤，深入了解了NACHOS是如何執(zhí)行用戶程序的，然后進行算法思想的設計，即如何實現(xiàn)多道程序，在實現(xiàn)系統(tǒng)調用程序設計階段，主要系統(tǒng)調用未能實現(xiàn)，主要原因是由于對代碼的整體把握出錯，由于在設計及分析階段只了解了NACHOS運行用戶程序的詳細流程以及如何進行用戶程序的調用，而對代碼的整體了解不夠，導致在根據設計思路完成程序設計的過程中，出現(xiàn)了比較大的問題，比如在實現(xiàn)EXEC系統(tǒng)調用時，根據NACHOS的每個寄存器存的內容不同，按規(guī)則讀取寄存的內容，然后再進行對其內容的操作，模仿源代碼已有的操作ADD系統(tǒng)調用，實現(xiàn)EXEC系統(tǒng)調用。在測試程序運行時，出現(xiàn)了cannotopenfile的錯誤，主要原因是：由于在代碼實現(xiàn)時，寫錯了文件名所在寄存器，導致無法打開文件，所以就沒能完成文件調用的測試。而對EXEC系統(tǒng)調用的其他部分則是正確的，其他幾個系統(tǒng)調用也出現(xiàn)了同樣的問題，但是這個問題一直未能發(fā)現(xiàn)，導致本次設計無法順利進行下去。七、心得及體會本次課程設計對我的提升還是非常大的，首先，由于分析了NACHOS的主要代碼以及詳細運行過程，對操作系統(tǒng)中的基本原理和核心算法有一個全面和完整的了解。對操作系統(tǒng)課上的內容有了更深了理解，包括線程管理，內存管理，系統(tǒng)調用機制，時鐘中斷，多道程序，文件系統(tǒng)等等都有了比較清楚的認識，由原來抽象的概念變成了形象的認識。其次，在本次課程設計中由于對涉及源代碼比較多，理解起來比較費時，而這正提高了我的理解代碼以及分析和解決問題的能力，最重要的是NACHOS帶給我的是一種自信，用老師的話來說就是一種巔峰認知，讓我以后在面對較困難的事情時有了更多的自信，同時提高了分析解決問題的能力。

論大學生寫作能力寫作能力是對自己所積累的信息進行選擇、提取、加工、改造并將之形成為書面文字的能力。積累是寫作的基礎，積累越厚實，寫作就越有基礎，文章就能根深葉茂開奇葩。沒有積累，胸無點墨，怎么也不會寫出作文來的。寫作能力是每個大學生必須具備的能力。從目前高校整體情況上看，大學生的寫作能力較為欠缺。一、大學生應用文寫作能力的定義那么，大學生的寫作能力究竟是指什么呢？葉圣陶先生曾經說過，“大學畢業(yè)生不一定能寫小說詩歌，但是一定要寫工作和生活中實用的文章，而且非寫得既通順又扎實不可。”對于大學生的寫作能力應包含什么，可能有多種理解，但從葉圣陶先生的談話中，我認為：大學生寫作能力應包括應用寫作能力和文學寫作能力，而前者是必須的，后者是“不一定”要具備，能具備則更好。眾所周知，對于大學生來說，是要寫畢業(yè)論文的，我認為寫作論文的能力可以包含在應用寫作能力之中。大學生寫作能力的體現(xiàn)，也往往是在撰寫畢業(yè)論文中集中體現(xiàn)出來的。本科畢業(yè)論文無論是對于學生個人還是對于院系和學校來說，都是十分重要的。如何提高本科畢業(yè)論文的質量和水平，就成為教育行政部門和高校都很重視的一個重要課題。如何提高大學生的寫作能力的問題必須得到社會的廣泛關注，并且提出對策去實施解決。二、造成大學生應用文寫作困境的原因：（一）大學寫作課開設結構不合理。就目前中國多數高校的學科設置來看，除了中文專業(yè)會系統(tǒng)開設寫作的系列課程外，其他專業(yè)的學生都只開設了普及性的《大學語文》課。學生寫作能力的提高是一項艱巨復雜的任務，而我們的課程設置僅把這一任務交給了大學語文教師，可大學語文教師既要在有限課時時間內普及相關經典名著知識，又要適度提高學生的鑒賞能力，且要教會學生寫作規(guī)律并提高寫作能力，任務之重實難完成。（二）對實用寫作的普遍性不重視?！按髮W語文”教育已經被嚴重地“邊緣化”。目前對中國語文的態(tài)度淡漠，而是呈現(xiàn)出全民學英語的大好勢頭。中小學如此，大學更是如此。對我們的母語中國語文，在大學反而被漠視，沒有相關的課程的設置，沒有系統(tǒng)的學習實踐訓練。這其實是國人的一種偏見。應用寫作有它自身的規(guī)律和方法。一個人學問很大，會寫小說、詩歌、戲劇等，但如果不曉得應用文寫作的特點和方法，他就寫不好應用文。（三）部分大學生學習態(tài)度不端正。很多非中文專業(yè)的大學生對寫作的學習和訓練都只是集中在《大學語文》這一門課上，大部分學生只愿意被動地接受大學語文老師所講授的文學經典故事，而對于需要學生動手動腦去寫的作文，卻是盡可能應付差事，這樣勢必不能讓大學生的寫作水平有所提高。（四）教師的實踐性教學不強。學生寫作能力的提高是一項艱巨復雜的任務，但在教學中有不少教師過多注重理論知識，實踐性教學環(huán)節(jié)卻往往被忽視。理論講了一大堆，但是實踐卻幾乎沒有，訓練也少得可憐。閱讀與寫作都需要很強的實踐操作，學習理論固然必不可少，但是閱讀方法和寫作技巧的掌握才是最重要的。由于以上的原因，我們的大學生的寫作水平著實令人堪憂，那么如何走出這一困境，筆者提出一些建議，希望能對大學生寫作水平的提高有所幫助。三、提高大學生應用寫作能力的對策（一）把《應用寫作》課設置為大學生的必修課。在中國的每一所大學，《應用寫作》應該成為大學生的必修課。因為在這個被某些人形容為實用主義、功利主義甚囂塵上的時代，也是個人生存競爭最激烈的時代，人們比任何時代都更需要學會寫作實用性的文章，比如職場競爭中的求職信，生活中的財經文書、法律文書等，以提高個人的生存競爭能力。（二）端正大學生的學習態(tài)度。首先，要讓大學生充分認識到實用寫作課的重要性，這門課關乎到他人生的每一個方面，諸如就職，求愛，理財，人際交往等，是他終生都需要使用的一些基礎性的知識，也是他必備的一項生存技能。其次，實用寫作有它自身的規(guī)律和方法。它不是你想怎樣寫都行的，它有嚴格的格式性的要求，所以需要系統(tǒng)的研究學習。最后，實用寫作課的實踐性非常強，所以學生們不能只學不練，并且要克服手懶的壞習慣，勤學勤練，為今后的工作生活打好基礎。（三）注重實踐課的訓練。要提高大學生的實用寫作能力，那么實踐寫作環(huán)節(jié)是必不可少的。要想使學員真正具備實用寫作能力，必須重視實用寫作訓練，力求使理論講授與寫作訓練互相緊扣進行。教師在授課過程中，應該把理論教學的部分適當壓縮，把更多的時間用來