山东大学计算机学院操作系统实验报告.docx

### 山东大学计算机学院操作系统实验报告知识点梳理 #### 实验背景及目标 本次实验来源于山东大学计算机学院的一份操作系统课程设计报告。该实验的主要目的是加深学生对于操作系统中线程管理的理解，特别是针对线程间的同步机制进行深入探索。实验的重点在于实现`KThread.join()`方法，以及利用中断提供的原子性实现条件变量。 #### 实验环境配置 - **开发语言:** Java - **开发工具:** Eclipse Luna - **操作系统:** 未具体指明，但可以推测为支持Java运行的任何现代操作系统。 #### 任务一：实现`KThread.join()` **功能概述:** `join`方法用于等待一个线程执行完毕。当线程A调用线程B的`join`方法时，线程A会被挂起直到线程B执行完毕。 **要求:** 实现`ImplementKThread.join()`函数，并确保每个线程只能被其他线程调用一次`join`方法。 **实现思路:** 1. **确保唯一性:** 在`join`方法中加入检查，确保调用者不是自身，并且该方法只能被调用一次。 2. **线程挂起:** 当`join`方法被调用时，调用者线程（即当前线程）应被挂起，并将其添加到阻塞队列中。 3. **线程恢复:** 当被等待的线程执行完毕后，需要通过`finish`方法循环唤醒所有阻塞队列中的线程。 **关键代码示例:** ```java public void join() { Lib.debug(dbgThread, "Joining to thread: " + toString()); Lib.assertTrue(this != currentThread); boolean intStatus = Machine.interrupt().disable(); if (status != statusFinished) { waitForJoin.waitForAccess(currentThread); KThread.sleep(); } } public static void finish() { Lib.debug(dbgThread, "Finishing thread: " + currentThread.toString()); interrupt().disable(); debugger().finishingCurrentThread(); Lib.assertTrue(toBeDestroyed == null); toBeDestroyed = currentThread; currentThread.status = statusFinished; KThread waitThread; while ((waitThread = currentThread.waitForJoin.nextThread()) != null) { waitThread.ready(); } KThread.sleep(); } ``` #### 任务二：利用中断提供原子性实现条件变量 **功能概述:** 条件变量是线程间同步的重要工具之一，通过实现条件变量，可以有效地解决线程间的同步问题，比如生产者消费者问题等。 **要求:** 通过利用中断有效和无效所提供的原子性实现条件变量，而不能直接使用信号量。 **实现思路:** 1. **条件变量基础:** 条件变量建立在锁的基础上，每个条件变量都拥有一个与其关联的锁。 2. **休眠与唤醒机制:** 当线程调用条件变量的`sleep`方法时，该线程会释放锁并被挂起；当线程调用条件变量的`wake`或`wakeAll`方法时，被挂起的线程将被唤醒。 3. **原子性保障:** 利用中断的开启和关闭来保证整个操作的原子性。 **关键代码示例:** - **条件变量的`sleep`方法实现:** - 使用`KThread.sleep()`代替信号量的`P`操作，并在挂起前和恢复后通过中断的开启和关闭来保证原子性。 - **条件变量的`wake`方法实现:** - 从线程队列中取出被挂起的线程，并使用`KThread.ready()`来唤醒该线程，同样需要在操作前后开启和关闭中断以确保原子性。 - **条件变量的`wakeAll`方法实现:** - 重复调用`wake`方法，直到所有等待的线程都被唤醒。 通过以上两个实验任务的实现，学生不仅能够深入了解线程管理和同步机制的工作原理，还能够在实际编程中应用这些概念，从而提高编程能力。此外，实验过程中遇到的问题和解决方案也能帮助学生积累宝贵的实践经验。