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山东大学 操作系统课程设计报告.doc
Nachos(Java)
操作系统实验报告
姓名：xxx
学号：xxx
年级：xxx
专业：计算机科学与技术
一．实验开发背景
Nachos作为一个锻炼学生能力的工具，模拟了一个真正的操作系统。其中包括：线程、中断机制、
二．实验环境搭建
2.1 开发平台
开发语言：java
开发工具：Zend Studio
开发环境：windows 8.1
2.2 导入项目
三．Project1 构建内核线程系统
3.1 实验1
3.1.1实验要求：
拓展KThread.join（）函数。其他线程没有调用join（），但如果它被调用时，它只能被调
3.1.2实验分析：
Join（） 函数介绍：等待某线程运行完毕. 当前线程1(正在运行的线程) 调用另一个线程2(处
3.1.3解决方案：
给每个线程分别设置一个布尔值来判断该线程是否被调用，从而判断是否添加到列队中去，实现每次值调用一
3.1.4实现代码：
Join（）函数：
Finish（）函数：
3.1.5运行结果：
3.2 实验2
3.2.1实验要求：
3.2.2实验分析：
threads.Condition：保证同步的工具
threads.Lock类：提供了锁以保证互斥，每一个条件变量拥有一个锁变量
Lock.acquire() 和Lock.release()：在临界代码区的两端执行，保证同时只有一
挂起锁：当处于临界区内的拥有某锁的当前线程对与锁联系的条件变量执行sleep操作时, 该线程失去锁并
唤醒锁：当拥有锁的临界区内的当前线程对与锁联系的条件变量执行wake操作时(通常调用wake之后紧接
3.2.3解决方案：
3.2.4实现代码：
3.3 实验3
3.3.1实验要求：
完善和实现Alarm类，通过利用waitUntil(long x)方法。
3.3.2实验分析：
3.3.3解决方案：
Alarm.timerInterrupt()：回调函数(因为与之有关的machine.Timer大约
3.3.4实现代码：
3.3.5运行结果：
3.4 实验4
3.4.1实验要求：
实现同步发送和接收的一个字的消息，使用条件变量（不要使用信号灯！）。使用 void speak(in
此字)。关键点：
a.要求使用条件变量(Condition 类)不能使用信号量;
b.speak()和 listen()函数具有原子性;
c.传送完毕，两个函数都返回;
d.一个 Communicator 类实例中多个;
e.speaker 和 listener 能够相互通讯;
f.一个 Communicator 类实例只能使用一个 lock 类；
3.4.2实验分析：
假设一个Communicator类的对象a, 线程1先调用a.speaker(x)发送一个字
3.4.3解决方案：
3.4.4实现代码：
3.4.5运行结果：
3.5实验5
3.5.1实验要求：
3.5.2实验分析：
3.5.3解决方案：
它也有两个重要方法:waitForAccess(PriorityQueue waitQueu
3.5.4实现代码：
3.5.5运行结果：
3.6 实验6
3.6.1实验要求：
用以上实现的线程互斥/同步机制解决一个过河问题。成人和小孩都试图从oahu 出发到 molokai。
3.6.2实验分析：
3.6.3解决方案：
3.6.4实现代码：
3.6.5运行结果：
四．Project2 支持多道程序编程
注意：以下代码太多的部分不方便截图均粘贴源码
4.1 实验1
4.1.1实验要求：
实现文件系统调用（创建，打开，读，写，关闭，unlink）。在 syscall.h 中有详细的记录，
4.1.2实验分析：
4.1.3解决方案：
4.1.4实现代码：
4.1.5运行结果：
4.2实验2
4.2.1实验要求：
4.2.2实验分析：
4.2.3解决方案：
4.2.4实现代码：
4.2.5运行结果：
4.3 实验3
4.3.1实验要求：
4.3.2实验分析：
5)最后一个调用exit的进程将使系统停机。
4.3.3解决方案：
4.3.4实现代码：
4.3.5运行结果：
4.4 实验4
4.4.1实验要求：
用该系统实现彩票调度问题
4.4.2实验分析：
4.4.3解决方案：
4.4.4实现代码：
4.4.5运行结果：
操作系统 nachos 报告
1
Nachos(Java)
操作系统实验报告
姓名：xxx
学号：xxx
年级：xxx
专业：计算机科学与技术
1
操作系统 nachos 报告
2
一． 实验开发背景............................................................................................................4
二． 实验环境搭建............................................................................................................4
2.1 开发平台 ................................................................................................................................4
2.2 导入项目 ................................................................................................................................4
三． Project1 构建内核线程系统...........................................................................4
3.1 实验 1...................................................................................................................................... 5
3.1.1 实验要求： ............................................................................................................................... 5
3.1.2 实验分析： ............................................................................................................................... 5
3.1.3 解决方案： ............................................................................................................................... 5
3.1.4 实现代码： ............................................................................................................................... 5
3.1.5 运行结果： ............................................................................................................................... 6
3.2 实验 2...................................................................................................................................... 6
3.2.1 实验要求： ............................................................................................................................... 6
3.2.2 实验分析： ............................................................................................................................... 7
3.2.3 解决方案： ............................................................................................................................... 7
3.2.4 实现代码： ............................................................................................................................... 8
3.3 实验 3...................................................................................................................................... 8
3.3.1 实验要求： ............................................................................................................................... 8
3.3.2 实验分析： ............................................................................................................................... 9
3.3.3 解决方案： ............................................................................................................................... 9
3.3.4 实现代码： ............................................................................................................................... 9
3.3.5 运行结果： ............................................................................................................................. 10
3.4 实验 4.................................................................................................................................... 10
3.4.1 实验要求： ............................................................................................................................. 10
3.4.2 实验分析： ............................................................................................................................. 11
3.4.3 解决方案： ............................................................................................................................. 11
3.4.4 实现代码： ............................................................................................................................. 12
3.4.5 运行结果： ............................................................................................................................. 13
3.5 实验 5..................................................................................................................................... 14
3.5.1 实验要求： ............................................................................................................................. 14
3.5.2 实验分析： ............................................................................................................................. 14
3.5.3 解决方案： ............................................................................................................................. 15
3.5.4 实现代码： ............................................................................................................................. 16
3.5.5 运行结果： ............................................................................................................................. 17
2
操作系统 nachos 报告
3
3.6 实验 6.................................................................................................................................... 18
3.6.1 实验要求： ............................................................................................................................. 18
3.6.2 实验分析： ............................................................................................................................. 18
3.6.3 解决方案： ............................................................................................................................. 19
3.6.4 实现代码： ............................................................................................................................. 19
3.6.5 运行结果： ............................................................................................................................. 21
四． Project2 支持多道程序编程.........................................................................22
4.1 实验 1.................................................................................................................................... 22
4.1.1 实验要求： ............................................................................................................................. 22
4.1.2 实验分析： ............................................................................................................................. 23
4.1.3 解决方案： ............................................................................................................................. 24
4.1.4 实现代码： ............................................................................................................................. 27
4.1.5 运行结果： ............................................................................................................................. 33
4.2 实验 2..................................................................................................................................... 33
4.2.1 实验要求： ............................................................................................................................. 33
4.2.2 实验分析： ............................................................................................................................. 33
4.2.3 解决方案： ............................................................................................................................. 34
4.2.4 实现代码： ............................................................................................................................. 35
4.2.5 运行结果： ............................................................................................................................. 37
4.3 实验 3.................................................................................................................................... 37
4.3.1 实验要求： ............................................................................................................................. 37
4.3.2 实验分析： ............................................................................................................................. 38
4.3.3 解决方案： ............................................................................................................................. 38
4.3.4 实现代码： ............................................................................................................................. 40
4.3.5 运行结果： ............................................................................................................................. 42
4.4 实验 4.................................................................................................................................... 42
4.4.1 实验要求： ............................................................................................................................. 42
4.4.2 实验分析： ............................................................................................................................. 42
4.4.3 解决方案： ............................................................................................................................. 43
4.4.4 实现代码： ............................................................................................................................. 43
4.4.5 运行结果： ............................................................................................................................. 47
3
操作系统 nachos 报告
4
一．实验开发背景
Nachos作为一个锻炼学生能力的工具，模拟了一个真正的操作系统。
其中包括：线程、中断机制、虚拟内存机制和中断驱动的I/O机制，以及
硬件机制：MIPS指令集处理器（能够用来处理Nachos的coff格式的文件）、
控制台、计时器和网络接口等。，学生通过修改和拓展Nachos来从而对操
作系统有更加深刻的理解和认识。
二．实验环境搭建
2.1 开发平台
开发语言：java
开发工具：Zend Studio
开发环境：windows 8.1
2.2 导入项目
将最原始版本的 nachos 项目导入 eclipse 中，并调试无 bug 导入如下：
三．Project1 构建内核线程系统
4
操作系统 nachos 报告
5
3.1 实验1
3.1.1实验要求：
拓展KThread.join（）函数。其他线程没有调用join（），但如果它被调用
时，它只能被调用一次。即: 对 join 函数第二次调用的执行结果是不被定
义的（即使第二次调用的线程与第一次调用的线程不同）。我们要让线程
正常执行，不管他是否加入。
3.1.2实验分析：
Join（） 函数介绍：等待某线程运行完毕. 当前线程1(正在运行的线程)
调用另一个线程2(处于就绪状态的线程) 的 join 函数时(1 和 2 在
Nachos 中均为KThread 类型对象), 1 被挂起, 直到 2 运行结束后, join（）
函数返回, 1 才能继续运行。
3.1.3解决方案：
给每个线程分别设置一个布尔值来判断该线程是否被调用，从而判断是
否添加到列队中去，实现每次值调用一个线程。研究代码后发现，源代码
已经完成了每次只调用一个线程，现在只需完善join（）函数和finish（）
函数实现：在调用 join()方法时，当前运行线程休眠，并将加入到一个阻j'o
塞队列中。在线程结束时，finish()函数循环唤醒所有被阻塞的线程。
3.1.4实现代码：
Join（）函数：
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操作系统 nachos 报告
6
Finish（）函数：
3.1.5运行结果：
3.2 实验2
3.2.1实验要求：
实现直接的环境变量，用中断的 enable 和 disable 来保证原子性。
我们提供了用信号量来实现的一个例子，你的任务就是提供一个差不多
的，不要用信号量（你可以使用 lock，虽然它间接地调用了信号量）。写
完了以后你就有两个可以实现同一个功能的方法，第二个应该在
6
操作系统 nachos 报告
7
nachos.threads.condition2 中实现。
3.2.2实验分析：
threads.Condition：保证同步的工具
threads.Lock类：提供了锁以保证互斥，每一个条件变量拥有一个锁变量
Lock.acquire() 和Lock.release()：在临界代码区的两端执行，保证同
时只有一个线程访问临界代码区。
挂起锁：当处于临界区内的拥有某锁的当前线程对与锁联系的条件变量执
行sleep操作时, 该线程失去锁并被挂起。 下一个等待锁L的线程获得锁
并进入临界区。
唤醒锁：当拥有锁的临界区内的当前线程对与锁联系的条件变量执行wake
操作时(通常调用wake之后紧接着就是Lock.release), 等待在该条件变
量上的之多一个被挂起的线程(由调用sleep引起) 被重新唤醒并设置为
就绪状态。 若执行wakeall操作, 则等待在该条件变量上的所有被挂起的
线程都被唤醒。
3.2.3解决方案：
原:
waiter.P()函数实现休眠(waitor 是一个信号量) 并将 waitor
放入信号量队列,。
改: 用 KThread.sleep()实现休眠并将当前线程放入线程队列,同时
sleep 函数处理中断以保证原子性。
原:
condition.wake 中从等待信号量队列中取出信号量并对其进行
7
操作系统 nachos 报告
8
V 操作实现唤醒。
改：从线程队列中取出线程用 KThread.。并用 ready()唤醒
wakeall 函数的实现依赖于 wake(). 只需不断地 wake 直到队列为空
为止。
3.2.4实现代码：
3.3 实验3
3.3.1实验要求：
8
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