nachos代码阅读--xq

1. 宏总结：

?

/threads/thread.h

#define MachineStateSize 18 #define StackSize (4 * 1024) ? ? ?

/userprog/addrspace.h #define UserStackSize /userprog/bitmap.h #define BitsInByte 8 #define BitsInWord 32 ?

/userprog/syscall.h #define SC_Halt #define SC_Exit #define SC_Exec #define SC_Join #define SC_Create #define SC_Open #define SC_Read #define SC_Write #define SC_Close #define SC_Fork #define SC_Yield 10

#define ConsoleInput 0 #define ConsoleOutput 1 ?

/machine/disk.h #define SectorSize #define NumTracks per disk ?

/machine/disk.cc

#define MagicNumber 0x456789ab #define MagicSize ?

/machine/machine.h

#define PageSize SectorSize // set the page size equal to the disk sector size, for simplicity

#define NumPhysPages 32

#define MemorySize (NumPhysPages * PageSize)

sizeof(int)

#define DiskSize (MagicSize + (NumSectors * SectorSize))

128 // number of bytes per disk sector 32 // number of tracks per disk

(SectorsPerTrack * NumTracks) // total # of sectors

#define SectorsPerTrack 32 // number of sectors per disk track #define NumSectors

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

1024

/threads/thread.cc

#define STACK_FENCEPOST 0xdeadbeef

#define StackReg 29 // User's stack pointer #define RetAddrReg #define HiReg #define LoReg #define PCReg

31 // Holds return address for procedure calls

#define NumGPRegs 32 // 32 general purpose registers on MIPS

32 // Double register to hold multiply result 33

34 // Current program counter

#define NextPCReg 35 // Next program counter (for branch delay) #define PrevPCReg 36 // Previous program counter (for debugging) #define LoadReg

37 // The register target of a delayed load.

#define LoadValueReg 38 // The value to be loaded by a delayed load. #define BadVAddrReg 39 // The failing virtual address on an exception #define NumTotalRegs 40 ?

/machine/mipssim.h #define OP_???? ?

/filesys/directory.h #define FileNameMaxLen <= 9 characters long ?

/filesys/filehdr.h #define NumDirect ?

/filesys/filesys.cc #define FreeMapSector

0

#define DirectorySector 1

#define FreeMapFileSize (NumSectors / BitsInByte) #define NumDirEntries

10

(sizeof(DirectoryEntry) * NumDirEntries)

#define DirectoryFileSize ?

2. /nachos-3.4/code/

A. Makefile.dep:

GNU-Makefile的一部分，指定了Makefile系统环境中相互依赖的部分，还指定了平台，此处为Linux； # also, Linux HOST = -DHOST_i386 LDFLAGS =

B. Makefile.common：

1) 包含了nachos提供的所有的基本程序（baseline code），无论何时需要添加 .h

和 .cc 文件，都需要在相应的_H、_C和_O列表中修改； 2) 任务的依赖关系有： /filesys/fstest.cc

#define TransferSize 10 // make it small, just to be difficult

((SectorSize - 2 * sizeof(int)) / sizeof(int))

#define MaxFileSize (NumDirect * SectorSize)

9

// for simplicity, we assume file names are

#define TransferSize 10 // make it small, just to be difficult

a) threads在所有程序之前； b) userprog在vm之前运行；

c) userprog可在filesys之前或之后运行，但是如果先运行userprog，必须定

义filesys_stub；

3) 当修改程序的架构时，应该在相应的子文件夹下执行make depend，程序会自动

修改Makefile并更新依赖性；

4) CFLAGS = -g -Wall -Wshadow $(INCPATH) $(DEFINES) $(HOST) –DCHANGED：

-g：在可执行程序中包含标准调试信息；

-Wall：允许发出Gcc提供的所有有用的报警信息；

-Wshadow：当局部变量遮蔽(shadow)了参数、全局变量或其他局部变量时，该选项会给我们警告信息； -DCHANGED：

5) Depend函数：

6) –DTHREADS：Dthreads is an efficient deterministic multithreading system for unmodified

C/C++ applications that replaces the pthreads library.

C. Makefile：

1) Lpr：将档案或是由标准输入送进来的资料送到打印机贮列之中，打印机管理程序

lpd 会在稍后将这个档案送给适当的程序或装置处理。lpr 可以用来将料资送给本地或是远端的主机来处理。； 2) Make nachos： D.

3. /nachos-3.4/code/threads/

A. Makefile：

和线程任务有关的Makefile，首先必须完成线程任务。 B. Utility.cc：

调试代码，通过命令行参数允许用户控制是否打印调试信息；

1) DebugInit（）：只能打印flaglist的调试信息，即确定打印调试信息的部分； 2) Debug（）：打印调试信息； C. Main.cc：

初始化操作系统内核的引导程序代码。允许直接调用内部的操作系统函数来简化调试和测试。实际上，这些引导程序代码只是初始化数据结构，然后开启一个用户线程来打印注册提示。 1) 相关编译选项：

nachos -d -rs

-s -x -c -f -cp

-p -r -l -D -t

-n -m -o -z

-d causes certain debugging messages to be printed (cf. utility.h) -rs causes Yield to occur at random (but repeatable) spots -z prints the copyright message

USER_PROGRAM

-s causes user programs to be executed in single-step mode -x runs a user program -c tests the console

FILESYS

-f causes the physical disk to be formatted -cp copies a file from UNIX to Nachos -p prints a Nachos file to stdout

-r removes a Nachos file from the file system -l lists the contents of the Nachos directory -D prints the contents of the entire file system -t tests the performance of the Nachos file system

NETWORK

-n sets the network reliability

-m sets this machine's host id (needed for the network)

-o runs a simple test of the Nachos network software

备注：直到完成相关任务时这些选项才会起作用

2) Main():操作系统内核的启动代码，工作有检查命令行参数，初始化数据结构，以

及选择性地调用测试程序；

3) Main（）函数最后调用CurrentThread->Finish（）函数，是因为nachos相对于

宿主机来说只是一个程序，直接exit(0)会导致nachos退出，但是nachos系统中可能有等待线程，所以我们切换到这些线程告诉它们主线程已经结束，防止它们返回。

D. system.h：

定义了nachos所用的全局变量； E. system.cc：

1) 定义了所有的全局数据结构，并进行初始化和分配空间；

Thread *currentThread; Scheduler *scheduler; Interrupt *interrupt; Statistics *stats; Timer *timer;

// the thread we are running now // the ready list // interrupt status // performance metrics // the hardware timer device, // for invoking context switches

Thread *threadToBeDestroyed; // the thread that just finished

2) 定义了Nachos两个函数：Initialize（）和Cleanup（）；

a) Initialize（）：初始化nachos的全局数据结构，诠释命令行参数； b) Cleanup（）：终止nachos，释放全局数据结构；

3) TimerInterruptHandler（）：Timer device周期性（每个TimerTicks一次）中

断CPU，然后每次会调用此函数，同时关闭中断。直接调用Yield（）会挂起interrupt handler，而不是被中断的线程。不同的是，我们设置一个flag，所以当完成interrupt handler时，看起来就像是被中断的线程在中断时刻调用了

Yield（）。参数Int dummy（虚拟/假的）是因为interrupt handler都需要一个参数，无论是否需要；

F. thread.cc（h）：

1) 管理线程的数据结构，一个现场的状态包括pc、寄存器和执行栈；

a) 为每个栈分配固定的空间，所以要防止栈溢出，动态分配数据结构空间； b) 调试是否是栈空间太小导致segmentation fault，可以增加占空间

ThreadStackSize；

c) Fork一个线程包括：先分配一个数据结构空间，然后调用fork（）函数； 2) 线程状态（ThreadStatus）包括：刚创建、运行中、准备好、阻塞； 3) 线程控制块（class Thread）：表示一个线程的执行状况，包括：

a) 一个执行栈，用来保存活跃记录，以及不运行的时候保存CPU寄存器； b) 某些用户线程包括一个用户地址空间，内核线程的地址空间为NULL； c) 基本操作包括：Fork（调用内置函数stackAllocate（））、Yield、Sleep、

Finish、CheckOverflow、setStatus、getName、Print；

d) 用户线程包括两套CPU寄存器，分别保存执行用户和内核代码的状态； 4) Thread（）：初始化一个线程控制块，之后就可以调用Fork函数，参数为线程名

字，是一个任意字符串，用来调试；

5) ~Thread（）：释放一个线程空间，参数是线程名字。但是current线程不能直接

删除自己，因为它运行在我们将要删除的栈空间。同时主线程不能删除栈空间，因为主线程空间是我们自动获取的，它是启动nachos的一部分；

6) Fork（）：调用（*func）（arg），使得caller和callee可以并发执行。虽然arg

只是一个int型变量，但是可以把想要传递的参数打包成一个数据结构，然后把它的指针作为int参数。执行步骤包括： a) 分配栈空间；

b) 初始化栈使得switch函数可以运行此程序； c) 将线程放入就绪队列；

7) CheckOverflow（）：nachos不会捕获所有的溢出情况，所以程序仍然可能因为溢

出挂掉。

8) Finish（）：当一个fork线程执行完毕被ThreadRoot调用。但是我们没有立即释

放线程数据结构空间，因为该线程仍在运行切还在其栈空间。相反，我们设置“threadToBeDestroyed”，使得我们在不同的线程上下文环境时，调度器可以调用析构函数。我们关闭中断，使得设置“threToBeDestroyed”和sleep之间没有时间片；

9) Yield（）：当有其它就绪线程时刻放弃CPU资源，并把当前线程放入就绪队列队

首使得可以被再次调度。如果没有就绪队列则立即返回。关闭中断，使得检查就绪线程队列和切换上下文可以原子操作完成。返回之后，立即设置中断到之前状态，以免被其他中断操作影响；

10) Sleep（）：等待一个同步变量而挂起并让出CPU。最后，某个线程会唤醒此线程，

并放入就绪队列可以被再次调度。没有就绪线程则调用Interrupt：：Idle函数，表明CPU空闲，直到IO中断使得某个线程再次运行。关闭中断保证取出就绪队列线程和切换上下文是原子操作；

11) ThreadFinish、InterruptEnable和ThreadPrint函数都是伪函数，因为C++不允

许指针指向成员函数。所以，创建伪C函数可以使用指针调用成员函数； 12) StackAllocate（）：分配和初始化执行栈，为ThreadRoot函数的栈框架，使得可

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