Podpora více vláken v OS NOVA

Cílem tohoto cvičení je implementovat do OS NOVA systémová volání thread_create a thread_yield a dosáhnout tím podpory jednoduchých vícevláknových aplikací.

Domácí příprava

Pro toto cvičení budete potřebovat:

• přečíst si (ideálně i umět vysvětlit) funkce v OS NOVA:
  • bootstrap, make_current, ret_user_sysexit, konstruktor Ec::Ec
• mít základní znalosti o fungování plánovačů v operačním systému (schedulers) – viz 3. přednášku
• rozumět instrukci sysenter
• znát základní syntaxi inline assembleru (tak jako v minulých cvičeních)
  • https://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc/Extended-Asm.html (pochopit příklad z remarks)
• umět implementovat spojové seznamy
  • https://en.wikipedia.org/wiki/Linked_list
• základy programování v C++.

Zadání úlohy

Tato úloha není povinná.

Implementujte systémová volání s následujícími prototypy:

int thread_create(void *(*start_routine)(void *), void *stack_top);
void thread_yield(void);

Požadavky

ABI

• thread_create eax = 4, esi = start_routine, edi = stack_top
• thread_yield eax = 5

Očekávané chování

• thread_create vytvoří vlákno a přidá ho do kruhové fronty vytvořených vláken.
• start_routine je ukazatel na adresu, od které se zahájí vykonávání nového vlákna.
• stack_top je adresa vrcholu zásobníku nového vlákna.
• thread_create vrací 0 pokud funkce proběhla bez chyby. V opačném případě vrací libovolné nenulové číslo chyby.
• thread_yield přepne vykonávání z aktuálního vlákna na následující vlákno ve frontě.
• Žádné ze systémových volání nesmí končit pádem systému.
• Postupné volání thread_yield přepíná mezi všemi vlákny ve frontě (žádné vlákno se nesmí vynechat).
• Běh vlákna se dá přerušit pouze voláním thread_yield.
• Pokud je zavoláno thread_yield po vytvoření nového vlákna, přepne thread_yield na naposledy vytvořené vlákno. Při dalším volání thread_yield se spustí vlákno, které by bylo spuštěno, pokud by se nové vlákno nevytvořilo.
• Za správné umístění a alokaci zásobníku pro nové vlákno je zodpovědný uživatelský program, který volá thread_create.

Co se odevzdává

• Změněný soubor kern/src/ec_syscall.cc implementující dvě nová systémová volání (implementace volání brk z 10. cvičení tam být nemusí). Archiv můžete vytvořit například pravidlem hw10 v kořenovém souboru Makefile ve zdrojových kódech OS NOVA.

Materiály

• NOVA system call internals
• Ukázkový testovací program:

#include <stdio.h>

static inline unsigned syscall1 (unsigned w0)
{
  asm volatile (
      "   mov %%esp, %%ecx    ;"
      "   mov $1f, %%edx      ;"
      "   sysenter            ;"
      "1:                     ;"
      : "+a" (w0) :  : "ecx", "edx", "memory");
  return w0;
}

static inline unsigned syscall3 (unsigned w0, unsigned w1, unsigned w2)
{
  asm volatile (
      "   mov %%esp, %%ecx    ;"
      "   mov $1f, %%edx      ;"
      "   sysenter            ;"
      "1:                     ;"
      : "+a" (w0) : "S" (w1), "D" (w2): "ecx", "edx", "memory");
  return w0;
}

int create_thread(void (*start_routine)(void), void * stack)
{
    return syscall3(4, (unsigned long)start_routine, (unsigned long)stack);
}

void thread_yield(void)
{
    syscall1(5);
}

char stack[0x1000] __attribute__((aligned(16)));

void thread1()
{
    while (1) {
            printf("%s running\n", __func__);
            thread_yield();
    }
}

int main()
{
  printf("Main thread running\n");

  create_thread(thread1, stack + sizeof(stack));
  while (1) {
        thread_yield();
        printf("I'm back in the main thread\n");
  }
}