MIT 6s081 lab7:Multithreading

本文主要是介绍MIT 6s081 lab7:Multithreading，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

Thread switching

作业地址：Lab: Multithreading (mit.edu)

lab7:Multithreading

Uthread: switching between threads (moderate)

实现一个用户态的线程库

补全 uthread.c，完成用户态线程功能的实现。

这个实验其实相当于在用户态重新实现一遍 xv6 kernel 中的 scheduler() 和 swtch() 的功能，所以大多数代码都是可以借鉴的。

// uthread_switch.S.text/** save the old thread's registers,* restore the new thread's registers.*/.globl thread_switch
thread_switch:sd ra, 0(a0)sd sp, 8(a0)sd s0, 16(a0)sd s1, 24(a0)sd s2, 32(a0)sd s3, 40(a0)sd s4, 48(a0)sd s5, 56(a0)sd s6, 64(a0)sd s7, 72(a0)sd s8, 80(a0)sd s9, 88(a0)sd s10, 96(a0)sd s11, 104(a0)ld ra, 0(a1)ld sp, 8(a1)ld s0, 16(a1)ld s1, 24(a1)ld s2, 32(a1)ld s3, 40(a1)ld s4, 48(a1)ld s5, 56(a1)ld s6, 64(a1)ld s7, 72(a1)ld s8, 80(a1)ld s9, 88(a1)ld s10, 96(a1)ld s11, 104(a1)ret    /* return to ra */

在调用本函数 uthread_switch() 的过程中，caller-saved registers 已经被调用者保存到栈帧中了，所以这里无需保存这一部分寄存器。

从 proc.h 中借鉴一下 context 结构体，用于保存 ra、sp 以及 callee-saved registers：

struct u_context
{uint64 ra;uint64 sp;// callee-saveduint64 s0;uint64 s1;uint64 s2;uint64 s3;uint64 s4;uint64 s5;uint64 s6;uint64 s7;uint64 s8;uint64 s9;uint64 s10;uint64 s11;
};struct thread {char       stack[STACK_SIZE]; /* the thread's stack */int        state;             /* FREE, RUNNING, RUNNABLE */int id; // for bebugstruct u_context context;   // 需要保存cpu的一些寄存器,用来保护现场和恢复现场使用,需要保存哪些寄存器？};

在 thread_schedule 中调用 thread_switch 进行上下文切换：

void 
thread_schedule(void)
{struct thread *t, *next_thread;/* Find another runnable thread. */next_thread = 0;t = current_thread + 1; // 从当前线程的下一个线程开始找for(int i = 0; i < MAX_THREAD; i++){if(t >= all_thread + MAX_THREAD)t = all_thread; // 越界了就从开头找if(t->state == RUNNABLE) {next_thread = t; //找到了break;}t = t + 1;}if (next_thread == 0) { //说明没找到printf("thread_schedule: no runnable threads\n");exit(-1);}if (current_thread != next_thread) {         /* switch threads?  */next_thread->state = RUNNING;t = current_thread;current_thread = next_thread;/* YOUR CODE HERE* Invoke thread_switch to switch from t to next_thread:* thread_switch(??, ??);*/thread_switch((uint64)(&t->context), (uint64)(&next_thread->context)); //从这里返回，保护当前线程context，加载下一个线程的context} elsenext_thread = 0;
}

再补齐 thread_create：

void 
thread_create(void (*func)())
{struct thread *t;for (t = all_thread; t < all_thread + MAX_THREAD; t++) {if (t->state == FREE) break;}t->state = RUNNABLE;// YOUR CODE HEREmemset(&t->context, 0, sizeof(t->context));t->context.ra = (uint64)func; // 设置ra为线程函数的地址，使得第一次调度时的返回地址是在线程处理函数t->context.sp = (uint64)(t->stack) + STACK_SIZE - 1; // 修改栈的位置=>这个是个大坑，栈是向下增长的，所以要设置在高地址位置static int i = 1;t->id = i++;
}

Using threads (moderate)

解决race-condition导致的哈希表插入键值丢失问题

为每个bucket分配一个锁，在对每个bucket进行插入操作（put）时加入互斥锁保护

pthread_mutex_t lock[NBUCKET]; // 声明，每个桶一个锁
// 在main函数中对锁进行初始化
// 初始化锁for(int i = 0; i < NBUCKET; i++) {pthread_mutex_init(&lock[i], NULL);}

// 在put操作中使用互斥锁保护
static 
void put(int key, int value)
{int i = key % NBUCKET; // // 加锁pthread_mutex_lock(&lock[i]);// is the key already present?struct entry *e = 0;for (e = table[i]; e != 0; e = e->next) { //On遍历当前链上的所有节点，判断是否key重复if (e->key == key)break;}if(e){ // 有重复// update the existing key.e->value = value;} else {// the new is new.insert(key, value, &table[i], table[i]); // 头插}// 释放锁pthread_mutex_unlock(&lock[i]);
}

Barrier(moderate)

利用 pthread 提供的条件变量方法，实现同步屏障机制。

修改barrier函数。

当线程进入barrier时，将已进入屏障的线程数+1，然后判断是否全部到达，如果未到达，则休眠等待，如果已经到达，就唤醒所有在等待的线程，所有线程继续运行。

如果不加锁保护，有可能会出现的情况是：线程1即将睡眠前，线程2调用了唤醒，然后线程1才进入睡眠，这会导致线程1本应该被唤醒然而却没有唤醒。

static void 
barrier()
{// YOUR CODE HERE//// Block until all threads have called barrier() and// then increment bstate.round.//// 必须在这里等待剩下的所有线程都调用了barrier，才能返回，并且递增bstate.round// 最简单的：维护调用barrier的线程数，当线程数等于总的线程数，则返回pthread_mutex_lock(&bstate.barrier_mutex); //先上锁bstate.nthread++; //到达此处的线程数+1if(bstate.nthread < nthread) { //还有一些线程没到达pthread_cond_wait(&bstate.barrier_cond, &bstate.barrier_mutex); // 等待条件成立，在这里阻塞掉，阻塞的同时释放互斥锁，在阻塞结束后会重新获取锁}else{ //这是最后一个到达次数的线程bstate.nthread = 0; // 清空到达的线程数bstate.round++; // 轮次+1//发送信号pthread_cond_signal(&bstate.barrier_cond); //给之前因条件变量阻塞掉的线程发信号。}pthread_mutex_unlock(&bstate.barrier_mutex); // 释放互斥锁
}