nachos線程通信和調(diào)度分析操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)

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1、NachOS課程設(shè)計(jì)操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)學(xué)院：信息科學(xué)與工程學(xué)院NachOS課程設(shè)計(jì)一、理解Nachos模擬的物理機(jī)的運(yùn)行機(jī)制31.Sysdep模塊分析（文件sysdep.ccsysdep.h）52.中斷模塊分析（文件interrupt.ccinterrupt.h）103.時(shí)鐘中斷模塊分析（文件timer.cctimer.h）164.終端設(shè)備模塊分析（文件console.ccconsole.h）18二、理解Nachos中線程運(yùn)行機(jī)制191.工具模塊分析（文件list.cclist.hutility.ccutility.h）202.線程啟動(dòng)和

2、調(diào)度模塊分析（文件switch.sswitch.h）213.線程模塊分析（文件thread.ccthread.h）224.線程調(diào)度算法模塊分析（文件scheduler.ccscheduler.h）265.Nachos主控模塊分析（文件main.ccsystem.ccsystem.h）276.同步機(jī)制模塊分析（文件synch.ccsynch.h）28三、理解Nachos中支持用戶進(jìn)程的機(jī)制30一、用戶程序空間（文件address.cc,address.h）35二、系統(tǒng)調(diào)用（文件exception.cc,syscall.h,start.s）36N

3、achOS課程設(shè)計(jì)一、理解Nachos模擬的物理機(jī)的運(yùn)行機(jī)制Machine類用來(lái)模擬計(jì)算機(jī)主機(jī)。它提供的功能有：讀寫(xiě)寄存器。讀寫(xiě)主存、運(yùn)行一條用戶程序的匯編指令、運(yùn)行用戶程序、單步調(diào)試用戶程序、顯示主存和寄存器狀態(tài)、將虛擬內(nèi)存地址轉(zhuǎn)換為物理內(nèi)存地址、陷入Nachos內(nèi)核等等。Machine類實(shí)現(xiàn)方法是在宿主機(jī)上分配兩塊內(nèi)存分別作為虛擬機(jī)的寄存器和物理內(nèi)存。運(yùn)行用戶程序時(shí)，先將用戶程序從Nachos文件系統(tǒng)中讀出，寫(xiě)入模擬的物理內(nèi)存中，然后調(diào)用指令模擬模塊對(duì)每一條用戶指令解釋執(zhí)行。將用戶程序的讀寫(xiě)內(nèi)存要求，轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)物理內(nèi)存地址的讀寫(xiě)。Machi

4、ne類提供了單步調(diào)試用戶程序的功能，執(zhí)行一條指令后會(huì)自動(dòng)停下來(lái)，讓用戶查看系統(tǒng)狀態(tài)，不過(guò)這里的單步調(diào)試是匯編指令級(jí)的，需要讀者對(duì)R2/3000指令比較熟悉。如果用戶程序想使用操作系統(tǒng)提供的功能或者發(fā)出異常信號(hào)時(shí)，Machine調(diào)用系統(tǒng)異常陷入功能，進(jìn)入Nachos的核心部分。Interrupt類用來(lái)模擬硬件中斷系統(tǒng)。在這個(gè)中斷系統(tǒng)中，中斷狀態(tài)有開(kāi)，關(guān)兩種，中斷類型有時(shí)鐘中斷、磁盤(pán)中斷、控制臺(tái)寫(xiě)中斷、控制臺(tái)讀中斷、網(wǎng)絡(luò)發(fā)送中斷以及網(wǎng)絡(luò)接收中斷。機(jī)器狀態(tài)有用戶態(tài)，核心態(tài)和空閑態(tài)。中斷系統(tǒng)提供的功能有開(kāi)/關(guān)中斷，讀/寫(xiě)機(jī)器狀態(tài)，將一個(gè)即將發(fā)生中斷放

5、入中斷隊(duì)列，以及使機(jī)器時(shí)鐘前進(jìn)一步。在Interrupt類中有一個(gè)記錄即將發(fā)生中斷的隊(duì)列，稱為中斷等待隊(duì)列。中斷等待隊(duì)列中每個(gè)等待處理的中斷包含中斷類型、中斷處理程序的地址及參數(shù)、中斷應(yīng)當(dāng)發(fā)生的時(shí)間等信息。一般是由硬件設(shè)備模擬程序把將要發(fā)生的中斷放入中斷隊(duì)列。中斷系統(tǒng)提供了一個(gè)模擬機(jī)器時(shí)鐘，機(jī)器時(shí)鐘在下列情況下前進(jìn)：NachOS課程設(shè)計(jì)l用戶程序打開(kāi)中斷l(xiāng)執(zhí)行一條用戶指令l處理機(jī)沒(méi)有進(jìn)程正在運(yùn)行機(jī)器時(shí)鐘前進(jìn)時(shí)，中斷處理的過(guò)程如下圖所示:Nachos中斷處理時(shí)機(jī)NYNY進(jìn)行正文切換中斷處理程序要求進(jìn)行正文切換?開(kāi)中斷取出隊(duì)列中一個(gè)應(yīng)當(dāng)發(fā)生的中斷

6、，調(diào)用這個(gè)中斷的處理程序去處理中斷中斷隊(duì)列中有應(yīng)當(dāng)發(fā)生的中斷?關(guān)中斷中斷系統(tǒng)成為整個(gè)Nachos虛擬機(jī)的基礎(chǔ)，其它的模擬硬件設(shè)備都是建立在中斷系統(tǒng)之上的。在此之上，加上Machine類NachOS課程設(shè)計(jì)模擬的指令解釋器，可以實(shí)現(xiàn)Nachos的線程管理、文件系統(tǒng)管理、虛擬內(nèi)存、用戶程序和網(wǎng)絡(luò)管理等所有操作系統(tǒng)功能。下圖展示了Nachos系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)。用戶程序線程管理網(wǎng)絡(luò)協(xié)議文件系統(tǒng)虛擬內(nèi)存終端設(shè)備時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)磁盤(pán)中斷系統(tǒng)指令解釋和內(nèi)存模擬Nachos系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)機(jī)器模擬的實(shí)現(xiàn)：1.Sysdep模塊分析（文件sysdep.ccsysdep.h）

7、Nachos的運(yùn)行環(huán)境可以是多種操作系統(tǒng)，由于每種操作系統(tǒng)所提供的系統(tǒng)調(diào)用或函數(shù)調(diào)用在形式和內(nèi)容上可能有細(xì)微的差別。sysdep模塊的作用是屏蔽掉這些差別。1.1PoolFile函數(shù)語(yǔ)法：boolPoolFile(intfd)參數(shù)：fd:文件描述符，也可以是一個(gè)套接字(socket)功能：測(cè)試一個(gè)打開(kāi)文件fd是否有內(nèi)容可以讀，如果有則返回TRUE，否則返回FALSE。當(dāng)Nachos系統(tǒng)處于IDLE狀態(tài)時(shí)，測(cè)試過(guò)程有一個(gè)延時(shí)，也就是在一定時(shí)間范圍內(nèi)如果有內(nèi)容可讀的話，同樣返回TRUE。實(shí)現(xiàn)：通過(guò)select系統(tǒng)調(diào)用。返回：打開(kāi)文件是否有內(nèi)容供讀

8、取。1.2OpenForWrite函數(shù)語(yǔ)法：intOpenForWrite(char*name)參數(shù)：name:文件名功能：為寫(xiě)操作打開(kāi)一個(gè)文件。如果該文件不存在，