計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)-基于RISC-V代理內(nèi)核 課件 第五章實(shí)驗(yàn)3：進(jìn)程管理

基于RISC-V代理內(nèi)核的操作系統(tǒng)課程實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)第五章．實(shí)驗(yàn)3：進(jìn)程管理目錄實(shí)驗(yàn)3的基礎(chǔ)知識(shí)多任務(wù)環(huán)境下進(jìn)程的封裝進(jìn)程的換入與換出就緒進(jìn)程的管理與調(diào)度實(shí)驗(yàn)內(nèi)容lab3_1進(jìn)程創(chuàng)建（fork）lab3_2進(jìn)程yieldlab3_3循環(huán)輪轉(zhuǎn)調(diào)度實(shí)驗(yàn)3的基礎(chǔ)知識(shí)多任務(wù)環(huán)境下進(jìn)程的封裝實(shí)驗(yàn)三的PKE操作系統(tǒng)將需要支持多個(gè)進(jìn)程的執(zhí)行。操作系統(tǒng)定義了進(jìn)程池（processprocs[NPROC];）。并對(duì)進(jìn)程的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了擴(kuò)充，加入以下成員：mapped_info;//pointstoapagethatcontainsmapped_regionstotal_mapped_region;

//nextfreemappedregioninmapped_infouint64pid;//processid，intstatus;//processstatus，structprocess*parent;//parentprocess，structprocess*queue_next;//nextqueueelement;多任務(wù)環(huán)境下進(jìn)程的封裝進(jìn)程可能擁有的段分為以下幾個(gè)類型：enumsegment_type{CODE_SEGMENT,//ELFsegmentDATA_SEGMENT,//ELFsegmentSTACK_SEGMENT,//runtimesegmentCONTEXT_SEGMENT,//trapframesegmentSYSTEM_SEGMENT,//systemsegment};進(jìn)程具有以下幾種狀態(tài)：enumproc_status{FREE,//unusedstateREADY,//readystateRUNNING,//currentlyrunningBLOCKED,//waitingforsomethingZOMBIE,//terminatedbutnotreclaimedyet};進(jìn)程的啟動(dòng)進(jìn)程啟動(dòng)的步驟：一、調(diào)用alloc_process()函數(shù)：找到一個(gè)空的進(jìn)程結(jié)構(gòu)體為新創(chuàng)建的進(jìn)程建立了KERN_BASE以上邏輯地址的映射將映射信息保存到進(jìn)程結(jié)構(gòu)中二、調(diào)用load_bincode_from_host_elf()函數(shù)載入給定應(yīng)用對(duì)應(yīng)的ELF文件的各個(gè)段三、調(diào)用的elf_load()函數(shù)在載入段后，將對(duì)被載入的段進(jìn)行判斷，以記錄它們的虛地址映射，此時(shí)將形成用戶進(jìn)程的虛地址空間結(jié)構(gòu)。四、通過(guò)switch_to()函數(shù)將所構(gòu)造的進(jìn)程投入執(zhí)行；進(jìn)程的終止進(jìn)程的終止通過(guò)exit系統(tǒng)調(diào)用實(shí)現(xiàn)：一、調(diào)用free_process(current)：將進(jìn)程設(shè)為ZOMBIE狀態(tài)，而不會(huì)將進(jìn)程所占用的資源全部釋放。該函數(shù)被調(diào)用時(shí)操作系統(tǒng)是在S模式下運(yùn)行，而按照PKE的設(shè)計(jì)思想，S態(tài)的運(yùn)行將使用當(dāng)前進(jìn)程的用戶系統(tǒng)棧。此時(shí)，如果將當(dāng)前進(jìn)程的內(nèi)存空間進(jìn)行釋放，將導(dǎo)致操作系統(tǒng)本身的崩潰。二、調(diào)用schedule()函數(shù)：選擇系統(tǒng)中可能存在的其他處于就緒狀態(tài)的進(jìn)程投入運(yùn)行。就緒進(jìn)程的管理與調(diào)度PKE的操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一個(gè)非常簡(jiǎn)單的就緒隊(duì)列管理。將一個(gè)進(jìn)程加入就緒隊(duì)列，可以調(diào)用insert_to_ready_queue()函數(shù)：若就緒隊(duì)列為空，將本進(jìn)程作為就緒隊(duì)列頭。若就緒隊(duì)列非空，則將本進(jìn)程加入就緒隊(duì)尾。PKE內(nèi)核通過(guò)調(diào)用schedule()函數(shù)來(lái)完成進(jìn)程的選擇和換入：若就緒隊(duì)列空，檢查是否存在未結(jié)束的進(jìn)程。如果有，等待期執(zhí)行結(jié)束；如果無(wú)，則啟動(dòng)關(guān)機(jī)程序。若就緒隊(duì)列非空，將就緒隊(duì)列隊(duì)首的進(jìn)程換入執(zhí)行。目錄實(shí)驗(yàn)3的基礎(chǔ)知識(shí)多任務(wù)環(huán)境下進(jìn)程的封裝進(jìn)程的換入與換出就緒進(jìn)程的管理與調(diào)度實(shí)驗(yàn)內(nèi)容lab3_1進(jìn)程創(chuàng)建（fork）lab3_2進(jìn)程yieldlab3_3循環(huán)輪轉(zhuǎn)調(diào)度lab3_1進(jìn)程創(chuàng)建（fork）給定應(yīng)用預(yù)期輸出lab3_1進(jìn)程創(chuàng)建（fork）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：主進(jìn)程調(diào)用fork()函數(shù)試圖創(chuàng)建一個(gè)子進(jìn)程，但是應(yīng)用程序的fork動(dòng)作并未將子進(jìn)程給創(chuàng)建出來(lái)并投入運(yùn)行。修改kernel/process.c文件中的do_fork()函數(shù)。對(duì)于父進(jìn)程的代碼段，通過(guò)映射的辦法，將子進(jìn)程中對(duì)應(yīng)的邏輯地址空間映射到其父進(jìn)程中裝載代碼段的物理頁(yè)面。lab3_2進(jìn)程yield給定應(yīng)用預(yù)期輸出lab3_2進(jìn)程yield實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：yield()函數(shù)功能未完善導(dǎo)致使得進(jìn)程無(wú)法讓出執(zhí)行權(quán)。完善yield()函數(shù)實(shí)現(xiàn)進(jìn)程執(zhí)行過(guò)程中的主動(dòng)釋放CPU的動(dòng)作：將當(dāng)前進(jìn)程置為就緒狀態(tài)（READY）；將當(dāng)前進(jìn)程加入到就緒隊(duì)列的隊(duì)尾；轉(zhuǎn)進(jìn)程調(diào)度。lab3_3循環(huán)輪轉(zhuǎn)調(diào)度給定應(yīng)用預(yù)期輸出lab3_3循環(huán)輪轉(zhuǎn)調(diào)度實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：兩個(gè)進(jìn)程在執(zhí)行各自循環(huán)體時(shí)，都沒(méi)有主動(dòng)釋放CPU的動(dòng)作。這樣的設(shè)計(jì)會(huì)導(dǎo)致某個(gè)進(jìn)程長(zhǎng)期占據(jù)CPU，而另一個(gè)進(jìn)程無(wú)法得到執(zhí)行。通過(guò)利用時(shí)鐘中斷來(lái)實(shí)現(xiàn)進(jìn)程的循環(huán)輪轉(zhuǎn)調(diào)度，避免由于一個(gè)進(jìn)程的執(zhí)行體過(guò)長(zhǎng)，導(dǎo)致系統(tǒng)中其他進(jìn)程無(wú)法得到調(diào)度的問(wèn)題！lab3_challenge1進(jìn)程等待和數(shù)據(jù)段復(fù)制給定應(yīng)用預(yù)期輸出lab3_challenge1進(jìn)程等待和數(shù)據(jù)段復(fù)制實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：通過(guò)修改PKE內(nèi)核和系統(tǒng)調(diào)用，為用戶程序提供wait函數(shù)的功能，wait函數(shù)接受一個(gè)參數(shù)pid：當(dāng)pid為-1時(shí)，父進(jìn)程等待任意一個(gè)子進(jìn)程退出即返回子進(jìn)程的pid；當(dāng)pid大于0時(shí)，父進(jìn)程等待進(jìn)程號(hào)為pid的子進(jìn)程退出即返回子進(jìn)程的pid；如果pid不合法或pid大于0且pid對(duì)應(yīng)的進(jìn)程不是當(dāng)前進(jìn)程的子進(jìn)程，返回-1。補(bǔ)充do_fork函數(shù)，實(shí)驗(yàn)3_1實(shí)現(xiàn)了代碼段的復(fù)制，你需要繼續(xù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)段的復(fù)制并保證fork后父子進(jìn)程的數(shù)據(jù)段相互獨(dú)立。lab3_challenge2實(shí)現(xiàn)信號(hào)量給定應(yīng)用預(yù)期輸出……lab3_challenge2實(shí)現(xiàn)信號(hào)量實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：以上程序通過(guò)信號(hào)量的增減，控制主進(jìn)程和兩個(gè)子進(jìn)程的輸出按主進(jìn)程，第一個(gè)子進(jìn)程，第二個(gè)子進(jìn)程，主進(jìn)程，第一個(gè)子進(jìn)程，第二個(gè)子進(jìn)程……這樣的順序輪流輸出。為了實(shí)現(xiàn)進(jìn)程同步功能，你需要實(shí)現(xiàn)信號(hào)量的分配、釋放和PV操作。lab3_challenge3寫時(shí)復(fù)制（CopyOnWrite）給定應(yīng)用預(yù)期輸出……lab3_challenge3寫時(shí)復(fù)制（CopyOnWrite）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：以上程序執(zhí)行如下操作：在父進(jìn)程的堆上申請(qǐng)一片區(qū)域，并輸出其