《计算机与操作系统》第四次实验

实验代码

增加的系统调用

PUBLIC void p_process(SEMAPHORE *s) {
	disable_int();
	s->value--;
	if (s->value < 0) {
		p_proc_ready->blocked = TRUE;
		p_proc_ready->status = WAITING;
		s->p_list[s->tail] = p_proc_ready;
		s->tail = (s->tail + 1) % NR_PROCS;
		schedule();
	}
	enable_int();
}

PUBLIC void v_process(SEMAPHORE *s) {
	disable_int();
	s->value++;
	if (s->value <= 0) {
		s->p_list[s->head]->blocked = FALSE;
//		p_proc_ready->status = WORKING;
		s->head = (s->head + 1) % NR_PROCS;
	}
	enable_int();
}

PUBLIC int sys_get_ticks() {
	return ticks;
}

PUBLIC void sys_sleep(int milli_sec) {
	int ticks = milli_sec / 1000 * HZ * 10;
	p_proc_ready->sleeping = ticks;
	schedule();
}

PUBLIC void sys_write_str(char *buf, int len) {
	CONSOLE *p_con = console_table;
	for (int i = 0; i < len; i++) {
		out_char(p_con, buf[i]);
	}
}

PUBLIC    system_call sys_call_table[NR_SYS_CALL] = {
		sys_get_ticks,
		sys_write_str,
		sys_sleep,
		p_process,
		v_process
};

读者优先

在此策略下，写者进程可能会被饿死。

void read_rf(int slices) {
	P(&reader_mutex);
	if (++readers == 1)
		P(&writer_mutex); // 有读者时不允许写
	V(&reader_mutex);
	
	P(&reader_count_mutex);
	read_proc(slices);
	V(&reader_count_mutex);
	
	P(&reader_mutex);
	if (--readers == 0)
		V(&writer_mutex); // 没有读者时可以开始写
	V(&reader_mutex);
}

void write_rf(int slices) {
	P(&writer_mutex);
	write_proc(slices);
	V(&writer_mutex);
}

写者优先

在此策略下，读者进程可能会被饿死。

void read_wf(int slices) {
	P(&reader_count_mutex);
	
	P(&S);
	P(&reader_mutex);
	if (++readers == 1)
		P(&rw_mutex); // 有读者时不允许写
	V(&reader_mutex);
	V(&S);
	
	read_proc(slices);
	
	P(&reader_mutex);
	if (--readers == 0)
		V(&rw_mutex); // 没有读者时可以开始写
	V(&reader_mutex);
	
	V(&reader_count_mutex);
}

void write_wf(int slices) {
	P(&writer_mutex);
	if (++writers == 1)
		P(&S);
	V(&writer_mutex);
	
	P(&rw_mutex);
	write_proc(slices);
	V(&rw_mutex);
	
	P(&writer_mutex);
	if (--writers == 0)
		V(&S);
	V(&writer_mutex);
}

读写公平

读写公平是防止进程饿死的方法。

void read_fair(int slices) {
	P(&S);
	
	P(&reader_count_mutex);
	P(&reader_mutex);
	if (++readers == 1)
		P(&rw_mutex); // 有读者，禁止写
	V(&reader_mutex);
	
	V(&S);
	
	read_proc(slices);
	
	P(&reader_mutex);
	if (--readers == 0)
		V(&rw_mutex); // 没有读者，可以开始写了
	V(&reader_mutex);
	V(&reader_count_mutex);
}

void write_fair(int slices) {
	P(&S);
	P(&rw_mutex);
	write_proc(slices);
	V(&rw_mutex);
	V(&S);
}

实验截图

实验问题

进程是什么？

进程是计算机中的程序关于某个数据集合上的一次运行活动，是系统进行资源分配和调度的基本单位。从宏观来看，它有自己的目标（功能），同时又能受控于进程调度模块；从微观来看，它可以利用系统的资源，有自己的代码和数据，同时拥有自己的堆栈，进程需要被调度。

进程表是什么？

**进程表是存储进程状态信息的数据结构，包括标识信息、状态信息、控制信息。**进程表是进程存在的唯一标识，是操作系统用来记录和刻画进程状态及环境信息的数据结构，是进程动态特征的汇集，也是操作系统掌握进程的唯一资料结构和管理进程的主要依据。

进程栈是什么？

进程运行时自身的堆栈。

当寄存器的值已经被保存到进程表内，esp 应该指向何处来避免破坏进程表的值？

进程运行时，esp 指向堆栈中的某个位置。寄存器的值刚刚被保存到进程表内，esp 是指向进程表某个位置的。如果接下来进行任何的堆栈操作，都会破坏掉进程表的值。为解决这个问题，使用内核栈，让 esp 指向内核栈。

tty 是什么？

Teletype 的缩写。终端是一种字符型设备，它有多种类型，通常使用 TTY 来简称各种类型的终端设备。不同 TTY 对应的输入设备是同一个键盘。

不同的 tty 为什么输出不同的画面在同⼀个显示器上？

不同 TTY 各有一个 CONSOLE，各个 CONSOLE 公用同一块显存的不同位置。

解释 tty 任务执行的过程？

在 TTY 任务中执行一个循环，这个循环将轮询每一个 TTY，处理它的事件，包括从键盘缓冲区读取数据、显示字符等内容。轮询到每一个 TTY 时：

1. 处理输入：查看其是否为当前 TTY。只有当某个 TTY 对应的控制台是当前控制台时，它才可以读取键盘缓冲区；
2. 处理输出：如果有要显示的内容则显示它。

tty 结构体中大概包括哪些内容？

#define TTY_IN_BYTES    256    /* tty input S size */

struct s_console;

/* TTY */
typedef struct {
	u32 in_buf[TTY_IN_BYTES];    /* TTY 输入缓冲区 */
	u32 *p_inbuf_head;        /* 指向缓冲区中下一个空闲位置 */
	u32 *p_inbuf_tail;        /* 指向键盘任务应处理的键值 */
	int inbuf_count;        /* 缓冲区中已经填充了多少 */
	
	struct s_console *p_console;
} TTY;

console 结构体中大概包括哪些内容？

/* CONSOLE */
typedef struct s_console {
	unsigned int current_start_addr;    /* 当前显示到了什么位置 */
	unsigned int original_addr;        /* 当前控制台对应显存位置 */
	unsigned int v_mem_limit;        /* 当前控制台占的显存大小 */
	unsigned int cursor;            /* 当前光标位置 */
	u8 color;
} CONSOLE;

#define SCR_UP    1    /* scroll forward */
#define SCR_DN    -1    /* scroll backward */

#define SCREEN_SIZE        (80 * 25)
#define SCREEN_WIDTH        80

#define DEFAULT_CHAR_COLOR    0x07    /* 0000 0111 黑底白字 */

什么是时间片？

时间片是分时操作系统分配给每个正在运行的进程微观上的一段 CPU 时间。

结合实验代码解释什么是内核函数？什么是系统调用？

内核支持函数，又称例程，是指只能在内核模式下调用的例程或子程序。主要是为了内核支持函数不被用户程序破坏。

系统调用是用户访问内核功能的方式之一。在 1.1 增加的系统调用 部分展示了笔者增加的部分系统调用。