lec13: lab4 spoc 思考题

  • 有"spoc"标记的题是要求拿清华学分的同学要在实体课上完成，并按时提交到学生对应的ucore_code和os_exercises的git repo上。

视频相关思考题

13.1 总体介绍

  1. 为什么讲基本原理时先讲进程后讲线程，而在做实验时先做线程后做进程？

    实现会容易：只需要实现PCB中的子集TCB，不用关注PCB中的资源管理部分；

  2. ucore的线程控制块数据结构是什么？

    在ucore中只有一个PCB数据结构，进程和线程都使用这一个数据结构；

13.2 关键数据结构

  1. 分析proc_struct数据结构，说明每个字段的用途，是线程控制块或进程控制块的，会在哪些函数中修改。

    寄存器状态、堆栈、当前指令指针等信息是线程控制块的；

    mm, vma等内存管理字段是进程控制块的；

  2. 如何知道ucore的两个线程同在一个进程？

    查看线程控制块中cr3是否一致；

  3. context和trapframe分别在什么时候用到？

    trapframe在中断响应时用到；context在线程切换时用到；

  4. 用户态或内核态下的中断处理有什么区别？在trapframe中有什么体现？

    在用户态中断响应时，要切换到内核态；而在内核态中断响应时，没有这种切换；

    tf_esp, tf_ss字段

  5. 分析trapframe数据结构，说明每个字段的用途，是由硬件或软件保存的，在内核态中断响应时是否会保存。

    tf_eip, tf_cs等由硬件保存；tf_esp, tf_ss等在用户态响应时由硬件保存；

    通用寄存器由软件保存；( lab4/kern/trap/trapentry.S )

13.3 执行流程

  1. kernel_thread创建的内核线程执行的第一条指令是什么？它是如何过渡到内核线程对应的函数的？

    tf.tf_eip = (uint32_t) kernel_thread_entry;

    /kern-ucore/arch/i386/init/entry.S

    /kern/process/entry.S

  2. 内核线程的堆栈初始化在哪？

    setup_stack

    tf和context中的esp

  3. fork()父子进程的返回值是不同的。这在源代码中的体现中哪？

  4. 内核线程initproc的第一次执行流程是什么样的？能跟踪出来吗？

  5. 分析线程切换流程，找到内核堆栈、页表、寄存器切换的代码位置。

  6. 分析C语言中调用汇编函数switch_to()的参数传递位置。

  7. 分析内核线程idleproc的创建流程，说明线程切换后执行的第一条是什么。

    proc->context.eip = forkret;

    tf.tf_eip = (uint32_t) kernel_thread_entry;

  8. 分析内核线程initproc的创建流程，说明线程切换后执行的第一条是什么。

小组练习与思考题

(1)(spoc) 理解内核线程的生命周期。

需写练习报告和简单编码，完成后放到git server 对应的git repo中

掌握知识点

  1. 内核线程的启动、运行、就绪、等待、退出
  2. 内核线程的管理与简单调度
  3. 内核线程的切换过程

练习用的lab4 spoc exercise project source code

请完成如下练习，完成代码填写，并形成spoc练习报告

1. 分析并描述创建分配进程的过程

注意 state、pid、cr3，context，trapframe的含义

练习2：分析并描述新创建的内核线程是如何分配资源的

注意 理解对kstack, trapframe, context等的初始化

当前进程中唯一，操作系统的整个生命周期不唯一，在get_pid中会循环使用pid，耗尽会等待

练习3：

阅读代码，在现有基础上再增加一个内核线程，并通过增加cprintf函数到ucore代码中 能够把内核线程的生命周期和调度动态执行过程完整地展现出来

练习4 （非必须，有空就做）：

增加可以睡眠的内核线程，睡眠的条件和唤醒的条件可自行设计，并给出测试用例，并在spoc练习报告中给出设计实现说明

扩展练习1:

进一步裁剪本练习中的代码，比如去掉页表的管理，只保留段机制，中断，内核线程切换，print功能。看看代码规模会小到什么程度。

思考：

switch_to函数的汇编码与编译器生成的C函数的汇编码区别是什么？能否用C语言实现switch_to函数？为什么？

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