MIT6.S081 thread lab

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发布于：Jan 1, 2022

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Multithreading

熟悉多线程，实现用户空间线程间切换，使用多线程编程，实现barrier。

Uthread: switching between threads

实现一种用户空间的上下文切换机制。

修改user/uthread.c和user/unthread_switch.S和在makefile中添加uthread程序。uthread.c中包含了测试和框架，还需要实现线程创建和线程切换。

设计一个线程切换方案，保存上下文，切换和恢复。测试程序：uthread。

• 在user/uthread.c中添加thread_create()和thread_schedule
  • thread_schedule一开始能运行一个执行线程，线程在自己的栈上执行传递到thread_create()的执行函数
    • 可以通过将sp置为t->stakc实现
• 在user/uthread_switch.S中添加thread_switch
  • thread_switch保存寄存器和恢复寄存器。需要自定义怎么保存(数据结构)
  • 在thread_schedule中调用thread_switch

hints

• thread_switch needs to save/restore only the callee-save registers. Why?

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  struct context { uint64 ra; uint64 sp; // callee-saved uint64 s0; uint64 s1; uint64 s2; uint64 s3; uint64 s4; uint64 s5; uint64 s6; uint64 s7; uint64 s8; uint64 s9; uint64 s10; uint64 s11; };

• 可以通过uthread.asm调试
• 调试方法:

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  (gdb) file user/_uthread Reading symbols from user/_uthread... (gdb) b uthread.c:60

result

需要注意栈的生长方向，因此在设置线程栈时应该将”栈高地址”传入: sp = &t.stach[SIZE-1]，而不是sp = &t.stack

• 线程起始也不神秘嘛
  • 资源相对独立：kalloc自己的栈
  • 和进程共用页表：就不用模式切换和页表切换，也不用情况i-cache指令缓存
  • 同样的上下文切换逻辑

Using threads

在一个实机上探索并行编程，使用多线程和锁来操作哈希表。使用pthread库，可以查看man pthreads。notxv6/ph.c包含了一个简单的哈希表，尝试多线程正确的完成。

ph程序首先通过put()函数插入许多key，然后输出puts per second，同样的然后是get()的benchmark。

ph程序能够测试出put了但是missing的数量(因为多线程共享资源出现了覆盖的情况)。使用加锁防止这种情况发生。

一些用法示例：

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pthread_mutex_t lock;            // declare a lock
pthread_mutex_init(&lock, NULL); // initialize the lock
pthread_mutex_lock(&lock);       // acquire lock
pthread_mutex_unlock(&lock);     // release lock

为了提速，可以尝试使用”lock per hash bucket”

测试：make grade通过ph_safe测试

Barrier

实现barrier: 特定线程需要等待直到其他所有线程达到了某个阶段。使用pthread的条件变量。

notxv6/barrier.c中包含了不完整的barrier。每个线程执行一个循环，循环中线程调用barrier()会sleep随机时间。要求每个线程等在barrier()中，知道所有nthread个线程都调用了barrier()。

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pthread_cond_wait(&cond, &mutex);  // go to sleep on cond, releasing lock mutex, acquiring upon wake up
pthread_cond_broadcast(&cond);     // wake up every thread sleeping on cond

• 注意, pthread_cond_wait(&cond, &mutex)会释放锁, 因为假设是已经lock的，然后sleep，苏醒时申请。

• pthread_cond_broadcast() call unblocks all threads currently blocked

• 使用struct barrier

• 每个回合bstate.round：所有线程调用barrier()到所以线程离开。

  • 需要小心怎么判断所以线程离开，因为一个线程离开后可能立刻又调用

测试make barrier, ./barrier 2不应该有异常。

result

• pthread_cond_wait, pthread_cond_broadcast的用法
  • 条件变量可以简化很多操作
  • pthread_cond_broadcast会唤起所以因pthread_cond_wait进入休眠的进程。但是他们唤醒后得竞争锁
• 深刻理解条件变量模型