操作系统实验三报告

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1、实验三nachos下的线程编程1内容简述本次实验的目的在于掌握使用nachos中的线程序解决较为复杂的并发问题。实验内容分三部分：实现事件栅栏原语并进行正确性测试；实现闹钟原语并进行正确性测试；利用事件栅栏和闹钟原语来解决电梯问题（详细内容请看nachos-labs.pdf）。2实验内容的几点说明2.1实现事件栅栏原语（30分）事件栅栏的概念l 事件栅栏（EventBarrier）是一种同步机制，使用事件栅栏可以让一组线程以同步的方式等待和应答某事件。l 事件栅栏的调用者分为两类：或者调用Wait操作，或者调用Signal操作。使用事件栅栏，无论是Wait操作的调用者或者是Signal操作的调

2、用者最终都将同步地通过栅栏（如果他们原先不同步，则进度较快的线程将通过使自己阻塞而与进度慢的线程同步）。l Wait操作的调用者在事件栅栏上等待Signal的发出。l 和信号量类似，Signal操作是可以积累的没有Waiter的Signal将被记录下来。l 执行Wait操作的调用者在收到Signal后必须应答Signal的发出者调用Complete操作表示应答结束。l 只有在所有的Wait操作的调用者都已经应答后，它们才能通过事件栅栏。在所有的Wait操作的调用者都已经应答之前，Signal的发出者必须等待，并保持事件栅栏处于“SIGNALED”状态。类似地，也只有在所有的Wait操作的调用者

3、都已经应答后，Signal的发出者才能离开事件栅栏，并恢复事件栅栏的初始状态“UNSIGNALED”。l 只允许一个Signal操作的调用者发出Signal并等待应答。实现事件栅栏的几点注意l EventBarrier类的接口定义和实现应分别包含在EventBarrier.h和EventBarrier.cc中，请自己新建这些文件，并注意修改Makefile文件nachos-3.4/code/Mmon里的有关部分（具体项目可以参考实验一的说明）。l EventBarrier类的主要外部接口的简要说明请参考nachos-labs.pdf的3.3.1。Here is the interface fo

4、r EventBarrier :void Wait() - Wait until the event is signaled. Return immediately if already in the signaled state.void Signal() - Signal the event and block until all threads that wait for this event have responded. TheEventBarrier reverts to the unsignaled state when Signal() returns.void Complet

5、e() - Indicate that the calling thread has finished responding to a signaled event, and blockuntil all other threads that wait for this event have also responded.int Waiters() - Return a count of threads that are waiting for the event or that have not yet responded to it.l Signal操作的主要步骤：n 设置事件栅栏的状态为

6、SIGNALEDn 唤醒所有阻塞于Signal的线程n 阻塞于Completen 恢复事件栅栏的状态为UNSIGNALEDl Wait操作的主要步骤：n 如果事件栅状态是SIGNALED，则直接返回n 否则，阻塞于Signall Complete操作的主要步骤：n 如果是最后一个调用Complete者，则唤醒所有阻塞于Complete的线程n 否则，阻塞于Completel 建议使用条件变量来实现（因为需要广播）2.2实现闹钟原语（30分）l 用Nachos提供计时器Timer实现闹钟需要对Nachos有较深入的了解。这里的Timer是在虚拟机上模拟实现的：它的滴答不是硬件产生，而是模拟的，通

7、常用一条指令的执行时间表示一个滴答。因此闹钟的时间也是模拟的，我们无法将这样的时间与现实世界的时间准确对应，因为模拟时间的快慢与实际硬件平台的快慢密切相关。l 请仔细阅读machine/timer.h，machine/timer.cc，machine/interrupt.h，machine/interrupt.cc，threads/system.h，threads/system.cc。l Alarm类的接口定义和实现应分别包含在Alarm.h和Alarm.cc中，请自己新建这些文件，并注意修改Makefile文件nachos-3.4/code/Mmon里的有关部分（具体项目可以参考实验一的说明

8、）。l Alarm必须提供某个方法，该方法当闹钟时间耗尽时由Timer调用。Timer的构造函数要求提供此回调函数的指针。但请注意，简单地把方法的首地址作为回调函数的指针是错误的。如何处理这个问题，请参考machine/timer.cc，看看Timer是如何把间接地让interrupt处理器调用Timer中的方法。2.3解决电梯问题（40分）l ftp:/Experiments/Resources/Tools/nachos/2-3aux.tar中包含了这部分实验所需要头文件Elevator.h，其中包含了相应的接口声明。l 你的实现应该放在Elevator.cc里。请自己新建该文件，并注意修改

9、Makefile文件nachos-3.4/code/Mmon里的有关部分（具体项目可以参考实验一的说明）l Elevator.h中包括了一段注释了的代码，该代码是乘客的代码片段，请仔细阅读并根据需要修改。l 每个电梯都是一个线程；每个乘客都是一个线程。这些线程序之间的同步可以使用任何可用的同步机制，包括事件栅栏。值得注意的是，在这个模型里有多处可以使用事件栅栏来同步。例如，电梯的开门事件（这里电梯是调用Signal者；乘客是调用Wait者）。3实验结果的提交3.1应提交的内容和应出现的位置（表示各组长的主目录）：/nachos/nachos-3.4/code/Mmon/nachos/nacho

10、s-3.4/code/threads/main.cc/nachos/nachos-3.4/code/threads/threadtest.cc/nachos/nachos-3.4/code/threads/EventBarrier.h/nachos/nachos-3.4/code/threads/EventBarrier.cc/nachos/nachos-3.4/code/threads/Alarm.h/nachos/nachos-3.4/code/threads/Alarm.cc/nachos/nachos-3.4/code/threads/Elevator.h/nachos/nachos-3.4/code/threads/Elevator.cc/nachos/nachos03.doc其中，nachos03.doc为实验报告。3.2提交的截止时间：2006年06月19日12:00。