【文章內(nèi)容簡介】 在缺省的線程組中 ,缺省的就是生成該線程的線程所在的線程組 .一旦一個線程加入了某個線程組 ,不能被移出這個組 . 進(jìn)程和線程的關(guān)系 在引入線程機(jī)制后，進(jìn)程不再是單一的動態(tài)實(shí) 體，而是由兩部分組成： ? 各線程活動的環(huán)境，包括：統(tǒng)一的地址控件、全局變量、打開文件和計(jì)時器等。 ? 若干個線程，它們是進(jìn)程中的活動部分，也是處理機(jī)的調(diào)度單位，而進(jìn)程不再是處理機(jī) 的最小調(diào)度單位。 一個進(jìn)程中的所有線程在同一地址空間中活動，共享該地址空間中的全局變量，共享打開文 操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì) 信息科學(xué)與工程學(xué)院 軟件工程 4 件和計(jì)時器等。它們總是相互協(xié)作，各自承擔(dān)一個作業(yè)中的某個部分。與傳統(tǒng)的進(jìn)程相似， 線程具有狀態(tài)的變化。通常，這些狀態(tài)是：運(yùn)行、阻塞、就緒或終止。 二、設(shè)計(jì)要求和目的 Nachos 的運(yùn)宿主機(jī)通過軟件模擬了各種硬件系統(tǒng) ,包括中 斷系統(tǒng)、存儲系統(tǒng)、磁盤文件行必須借助于、網(wǎng)絡(luò)等。它的運(yùn)行是可以跟蹤的，因此，我們可以一步一步的觀察操作系統(tǒng)是如何運(yùn)行的 . 對于線程的管理，主要涉及到線程的擴(kuò)充、 nachos線程的調(diào)度機(jī)制和線程優(yōu)先級。 1 Nachos 的線程管理模塊 Nachos平臺所使用的是非搶占式調(diào)度，線程一旦占用 CPU，就會一直運(yùn)行到結(jié)束或者被阻塞（等待 I/O事件）； Nachos 平臺中的線程數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義非常簡單，并無用戶 ID、線程 ID 等數(shù)據(jù)成員，也就是說，無法基于線程的 ID 來實(shí)現(xiàn)通信、同步互斥等機(jī)制。 Nachos 平臺中并無全局 性的線程管理機(jī)制，并未限制線程的數(shù)目，也無法了解有多少線程存在。 通過修改 Nachos系統(tǒng)平臺的底層源代碼來實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)： 。增加“用戶 ID、線程 ID”兩個數(shù)據(jù)成員，同時在 Nachos 現(xiàn)有的線程管理機(jī)制中增加對這兩個數(shù)據(jù)成員的維護(hù)機(jī)制。 。 Nachos平臺中的線程狀態(tài)只有“初啟態(tài)”、“就緒態(tài)”、“阻塞態(tài)”、“運(yùn)行態(tài)”四種情況。請?jiān)黾印皰炱穑?suspending）”這個狀態(tài)，所謂“掛起”是指當(dāng)前的線程映象保存在磁盤文件而不是內(nèi)存中。“掛起”狀態(tài)是未來實(shí)現(xiàn)“虛擬內(nèi)存管理 ”的重要基礎(chǔ)。 。將 Nachos平臺的線程管理機(jī)制調(diào)整為“搶占式”。具體可選擇“時間片輪轉(zhuǎn)”、“優(yōu)先級調(diào)度”、“多級隊(duì)列”等不同的調(diào)度算法。 。擴(kuò)充 Nachos平臺的現(xiàn)有操作命令，例如可以增加一個名為“ ThreadView”的命令，執(zhí)行該命令，可以在屏幕上顯示目前所有存在的線程信息，包括“用戶 ID“、“線程 ID”、“當(dāng)前狀態(tài)”等。 。在完成以上修改后，可編寫一個實(shí)例程序，來實(shí)現(xiàn)某個“同步－互斥”經(jīng)典問題的正確解法。例如可選擇“哲學(xué)家 就餐”問題，實(shí)例程序會創(chuàng)建 5 個哲學(xué)家線程，這些線程擁有同樣的用戶 ID，可以遵循“信號量”機(jī)制來正確的運(yùn)行。也可以選擇“生產(chǎn)者－消費(fèi)者”問題等其他經(jīng)典 IPC問題。 2 Nachos 的線程線程調(diào)度算法分析 Nachos 平臺所使用的是非搶占式調(diào)度，線程一旦占用 CPU，就會一直運(yùn)行到結(jié)束或者被阻塞（等待 I/O事件）； Nachos 平臺中的線程數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義非常簡單，并無用戶 ID、線程 ID 等操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì) 信息科學(xué)與工程學(xué)院 軟件工程 5 數(shù)據(jù)成員，也就是說，無法基于線程的 ID 來實(shí)現(xiàn)通信、同步互斥等機(jī)制。 Nachos 平臺中并無全局性的線程管理機(jī)制，并未限制線程的 數(shù)目，也無法了解有多少線程存在。 Sysdep模塊實(shí)現(xiàn)機(jī)制分析： 屏蔽 OS間的系統(tǒng)調(diào)用或函數(shù)調(diào)用在形式和內(nèi)容上可能有的細(xì)微差別 中斷處理模塊實(shí)現(xiàn)機(jī)制分析： .h 模擬底層中斷機(jī)制 —— 時鐘中斷、磁盤中斷、終端讀 /寫中斷、網(wǎng)絡(luò)接收 /發(fā)送中斷 時鐘中斷模塊實(shí)現(xiàn)機(jī)制分析： .h 模擬時鐘中斷，在 nachos指定線程隨機(jī)切換時啟動時鐘中斷，在每次的時鐘中斷處理的最后加入線程的切換 終端設(shè)備模塊實(shí)現(xiàn)機(jī)制分析： .h 模擬終端輸入和輸出，鍵盤的輸入和顯示輸出，異步，當(dāng)發(fā)出終端的輸入輸出請求后系統(tǒng)即返回，需要等待中斷發(fā)生后才是真正完成了整個過程。 磁盤設(shè)備模塊實(shí)現(xiàn)機(jī)制分析： .h 模擬物理磁盤， nachos用宿主機(jī)種的一個文件模擬單面物理磁盤，異步 工具模塊： .h .h 定義鏈表結(jié)構(gòu)及操作 線程啟動和調(diào)度模塊： 線程定義模塊： .h 線程調(diào)度算法模塊： .h nachos主控模塊： nachos系統(tǒng)入口，分析 nachos命令行參數(shù)，根據(jù)不同的選項(xiàng)進(jìn)行不同功能的初始化設(shè)置 同步磁盤：文件 .h 文件系統(tǒng)模塊： .h 模擬創(chuàng)建文件、刪除文件、打開文件操作 文件頭模塊：文件 .h 打開文件結(jié)構(gòu)：文件 .h 目錄模塊： .h ： 包含了內(nèi)存的相關(guān)定義 ： 包含了對內(nèi)存和頁表的初始化 ： 定義了頁表結(jié)構(gòu) ： 包含了地址轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn)以及讀、寫內(nèi)存的操作 ： 包含了用戶程序頁表的操作 3 編程語言選擇對比 Java編程的優(yōu)勢： ，面向?qū)ο螅€(wěn)定，跨平臺，多線程，動態(tài) ，更容易編寫程序 操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì) 信息科學(xué)與工程學(xué)院 軟件工程 6 ，使得 Java 可以在分布式環(huán)境下動態(tài)的維護(hù)程序及類庫，當(dāng)類庫升級 時也不必重新修改、編譯。 缺點(diǎn)：程序速度較慢，不適合做實(shí)時性很強(qiáng)的開發(fā) C++編程的優(yōu)勢： ，但是又兼具面向過程的方法 2．兼容 C 缺點(diǎn)：指針調(diào)用完成后需要手工釋放內(nèi)存，容易造成內(nèi)存泄露而程序崩潰 4 開發(fā)環(huán)境配置 開發(fā)環(huán)境配置： 運(yùn)行環(huán)境配置： 5 NachOS 系統(tǒng)和交叉編譯器安裝 1 NachOS 系統(tǒng)安裝 gcc v Reading specs from /usr/lib/gcclib/i486linuxgnu/gcc version 20211002 (Debian prerelease) 解壓 root@ubuntu:～ $ tar zxvf 運(yùn)行 make depend root@ubuntu:~/桌面 /運(yùn)行 make root@ubuntu:~/桌面 /運(yùn)行 nachos root@ubuntu:~/桌面 /tests summary: ok:0 類型 標(biāo)準(zhǔn)配置 計(jì)算機(jī)硬件 內(nèi)存 1G ； CPU Core i3 32 位 軟件 Windows 7； ubuntu 交叉編譯器 GCC 類型 標(biāo)準(zhǔn)配