基于线程的多任务调度系统的设计与实现实验报告

/*互斥信号量*/ /*空闲缓冲队列的计数
{ int sender; /*消息发送者的标识数 */ int size; /*消息长度<=NTEXT 个字节*/ char text[NTEXT]; struct buffer *next; /指向下一个消息缓冲区的指针*/ }; struct buffer *freebuf; /*空闲消息缓冲队 列，是临界资源，由NBUF个空闲的消息缓冲区组成*/ /*定义TCB数据结构*/ struct TCB{ unsigned char *stack; /*堆栈的起始地址*/ unsigned ss; /*堆栈的段址*/ unsigned sp; /*堆栈的栈指针* char state; /*线程的状态*/ char name[10]; /*线程的外部标示符*/ struct TCB* next; /*链接字段，把所有就绪 的线程按某种方式排成一显式队列，如优先权从高到底的队列*/ struct buffer *mq; /*消息队列队首指针*/ semaphore mutex; /*消息队列的互斥信号量 */ semaphore sm; /*消息队列计数信号量*/ int value; } tcb[NTCB]; /*NTCB是系统允许的最多 任务数*/ /*现场保护和恢复中要用到的一个数据结构*/ struct int_regs{ unsigned bp,di,si,ds,es,dx,cx,bx,ax,ip,cs,flags,off,seg; }; /**************************声明函数 *************************/ int DosBusy(void); void InitInDos(void); void InitTcb(void); /*对TCB的初始化 */ int create(char *name,codeptr code,int stacklen);
finished 0 running 1 ready 2 blocked 3 /*设置TL（时间片）时间为3*/ /*NTCB是系统允许的最多任务数也
#define TL 3 #define NTCB 10 就是进程数*/ #define NBUF 5 #define NTEXT 30
/**********************声明变量********************/ char far *indos_ptr=0; char far *crit_err_ptr=0; int current; /*全部变量，始终等于正在执行的 线程的内部标识符*/ int timecount=0; /*全局变量，等于上次调度至今的 时间，在每次时钟中断发生时，timecount+1，通过它与TL课判 断时间片是否到时，从而决定是否进行CPU调度*/ /********************定义数据结构********************/ typedef int (far *codeptr)(void);/*定义codeptr函数指针 */ /*定义记录型信号量的数据结构*/ typedef struct { int value; struct TCB *wq; }semaphore; semaphore mutexfb={1,NULL}; semaphore sfb={NBUF,NULL}; 信号量*/ /*消息缓冲区的数据结构*/ struct buffer
p=p+stacklen pt=(struct int_regs*)p; pt--; pt->flags=0x200; 位*/ pt->cs=FP_SEG(code); pt->ip=FP_OFF(code); */ pt->ds=_DS; pt->es=_ES; */ pt->off=FP_OFF(over); 址*/ pt->seg=FP_SEG(over); /*撤销线程代码的段址*/ /*撤销线程代码的偏移地 /*数据段的段地址*/ /*附加数据段的段地址 /*代码段的段地址*/ /*代码段的段内偏移地址 /*flags寄存器的允许中断
2 线程的调度
引起CPU调度原因主要是有三种情况：时间片到时，线程 执行完毕或正在执行的线程因等待某种事件而不能继续执行。 由这些原因，调度程序可以通过两个函数分别处理不同原因引 起的调度： New_int8()函数主要是处理因时间片到时引起的调度该调 度可以通过截取时钟中断（int 08）来完成； Swtch()函数主要是处理因其他原因引起的调度； New_int8()函数因为是通过截取时钟中断来实现，可以知道其 是属于系统调度，由于涉及到系统调度的函数 都是需要对DOS 状态进行判断，以防止出现系统数据混乱等情况的发生（从 Dos的不可重入性来得出），而Swtch()函数是处理因其他原因 引起的调度，所以它所涉及到的仅仅是用户级的函数调度，没 有涉及到系统级的函数调度，因此Swtch()函数不需要对Dos状 态进行判断。
else return (-1); } /************InitTcb函数的实现*************/ /*对TCB进行初始化*/ void InitTcb(void){ int i; for(i=1;i<NTCB;i++){ tcb[i].stack=NULL; tcb[i].state=finished; strcpy(tcb[i].name,'\0'); tcb[i].mq=NULL; tcb[i].sm.value=0; /*消息队列计 数信号量*/ tcb[i].mutex.value=1; /*缓冲区的互斥 信号量*/ } } /*************create函数的实现****************/ /*创建一对应于函数name（外部标识符）的线程*/ int create(char *name,codeptr code, int stacklen){ int i; char *p; struct int_regs *pt; /*第一步：寻找空白的TCB*/ for(i=1;i<NTCB;i++){ if(tcb[i].state==finished) break; } /*第二步：申请线程的私有堆栈内存空间，分配stacklen 个字节长度的内存空间，利用malloc函数返回内存地址指针指向 该内存空间， 所返回的值是该内存空间的起始地址*/ p=(char *)malloc(stacklen*sizeof(char)); /*获得堆栈的内存空间的高地址指针*/
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功能设计 1 线程的创建和撤销
线程的创建过程关键就是对私有堆栈和TCB初始化的过 程，其过程如下： i， 为新线程分配一空闲的线程控制块 ii， 为新线程的私有堆栈分配内存空间（因为对 等线程共享程序段和数据段空间，所以创建 线程时不必像创建进程那样再为程序段和数 据段分配内存空间） iii， 初始化新线程的私有堆栈，即按CPU调度时现 场信息的保存格式布置堆栈。 初始化线程控制块，即填入线程的外部标识符，设置好线程私 有堆栈的始址，段址和栈顶指针，将线程的状态置为就绪状态
4 线程的同步与互斥
在这个系统中是采用记录型信号量机制来实现同步与互斥 的，实现的方法： 采用P ,V操作，设置两个信号量：一个为互斥信号量，一 个为临界资源数目；
5利用消息缓冲队列的线程间通信
线程间的通信，关键采用send()与receive()来实现，通 过发送一个文本信息来显示通信的过程，其过程为： send()函数：消息的发送者需要提供接收者的标识符，消 息的长度以及消息正文的起始地址等信息，然后在发送原语里 申请一空闲的消息缓冲区，用相应的信息来装配该消息缓冲 区，并把它插入到接收者的消息队列中去。 Receive()函数：消息的接受者必须给出发送者的标识 符，接受区的起始地址等信息，然后从自己的消息队列中取得 相应的发送者发送来的消息缓冲区，将消息正文复制到接受区 中，并释放相应的消息缓冲区。
基于线程的多任务调度系统的设计与实现实验报 告 姓名 陈振辉 学号 班级 1 实验要求
（1）线程的创建、撤消和CPU切换。 掌握线程的定义和特征，线程的基本状态，线程的私 有堆栈，线程控制块TCB，理解线程与进程的区别，实现线程 的创建、撤消和CPU切换。 （2）时间片轮转调度 理解各种调度算法、调度的原因，完成时钟中断的截 取，具体实现调度程序。 （3）最高优先权优先调度 理解优先权的概念，并实现最高优先权优先调度策 略。 （4）利用记录型信号量实现线程的同步 理解同步的相关概念，掌握记录型信号量的概念及 应用，并用记录型信号量实现生产者和消费者问题。 （5）消息缓冲队列通信机制 理解进程（线程）通信的基本概念，并用消息缓冲队 列实现线程间的通信。
void over(void); /*撤销线程，归还所 占资源*/ void interrupt(*old_int8)(void); /*原来的时间中 断程序，需要先声明*/ void interrupt new_int8(void); /*因时间片到时而 引起的调度由new_int8()函数来完成*/ void interrupt swtch(void); /*其他原因引起的CPU调度 由函数swtch()完成*/ void tcb_state(void); /*输出所有线程的状态信息 */ int all_finished(void); void p(semaphore *sem); /*信号量P操作*/ void v(semaphore *sem);百度文库/*信号量V操作*/ /*********************函数的实现*********************/ /*******InitInDos函数的实现********/ void InitInDos(void){ union REGS regs; struct SREGS segregs; /*获得INDOS flag 的地址*/ regs.h.ah=GET_INDOS; intdosx(&regs,&regs,&segregs), indos_ptr=MK_FP(segregs.es,regs.x.bx); /*get the address of CRIT_ERR flag*/ if(_osmajor<3) crit_err_ptr=indos_ptr+1; else if(_osmajor==3 && _osminor==0) crit_err_ptr=indos_ptr-1; else{ regs.x.ax=GET_CRIT_ERR, intdosx(&regs,&regs,&segregs); crit_err_ptr=MK_FP(segregs.ds,regs.x.si); } } /*************DosBusy函数的实现************/ int DosBusy(void){ if(indos_ptr&&crit_err_ptr) return (*indos_ptr|| *crit_err_ptr);
源代码及解析如下
#include <stdlib.h> #include <stdio.h> #include <dos.h> #define GET_INDOS 0x34 #define GET_CRIT_ERR 0x5d06 /*定义四个状态*/
#define #define #define #define
3 线程的阻塞与唤醒
线程的阻塞：主要是当某一线程需要阻塞的时候，将其插 入阻塞队列中，等待唤醒进程唤醒，所以其过程为：首先，将
线程的状态置为阻塞态，然后将线程插入指定的阻塞队列末 尾，并重新进行CPU调度。 线程的唤醒：主要是唤醒阻塞队列里面的线程，所以其过 程是：把阻塞队列头上的第一个线程的TCB取下来，并将其状 态改为就绪状态，等待CPU调度