陈香兰操作系统实验三

多级队列二级调度

实验目的:

通过实现任务调度,加深对进程,线程调度的理解

实验内容:

1. 实现任务参数设定原语setTskPara()，getTskPara()等，以支持设定优先级Priority/执行时长ExeTime/到达时间ArriveTime等参数
2. 修改任务创建原语，以设定任务参数
3. 实现SJF/优先级/时间片轮转/多级队列调度算法
4. 修改osStart原语，以增加相关功能的初始化
5. 测试用例[老师提供userApp目录]：创建一组运行时间较长的任务，运行过程中输出相关信息（要求能展现优先级/时长/时间片轮转的效果）。

具体过程:

设计:

graph A{
    a[label=osStart];
    a1[label=TaskmanagerInit];
    a2[label=InitTsk];
    a3[label=schedulerinit];
    a4[label=enable_interrupt]
    a5[label=disable_interrupt]
    a6[label=init_time_interrupt]
    a--a6;a--a1;a--a3;a--a2;
    b1[label=create_but_not_start_idletsk]
    b2[label=createtsk1];
    b3[label=createtsk2];
    b4[label=createtsk3];
    b5[label=createtsk4];
    b6[label=tskend];
    a1--b1;a2--{b2;b3;b4;b5;b6};
    c1[label=enqueue];
    c2[label=tskstart]
    {b2;b3;b4;b5}--c2--c1;
    d1[label=tick];
    d2[label=sheduler_tick];
    d3[label=next];
    d4[label=content_switch];
    d5[label=CTX_SW];
    d6[label=destroy];
    a4--d1[label=开了中断];
    d1--d2;d2--d3[label=用完时间片];d2--d6[label=当前任务运行完了];d6--d3[label=当前任务出队列并释放空间后找下一个];d3--d4[label=下一个任务不是当前任务];
    d4--d5;
}

//主要的数据结构
typedef struct tskPara{
	unsigned int priority;//优先级
	unsigned int exeTime;//要运行的时间
	unsigned int arrTime;//到达时间
	unsigned int schedPolicy;//调度策略
} tskPara;
//作为任务的参数
typedef struct myTCB {
	unsigned long state;  //任务状态 0表示处于rdy
	int tcbIndex;//任务号
	struct myTCB * next;//单向链表的连接指针
	unsigned long* stkTop;//任务的运行栈顶
	unsigned long stack[STACK_SIZE]; //任务的运行栈
	tskPara para; 	//任务的参数
} myTCB;
//任务结构
myTCB tcbPool[TASK_NUM];//任务池用于分配
myTCB * currentTsk;//指向当前任务的指针
myTCB * firstFreeTsk;//第一个可供分配的空闲任务空间
#define MAX_USER_PRIORITY_NUM 20
//用户可定义的最大优先级
#define MAX_PRIORITY_NUM MAX_USER_PRIORITY_NUM+1
//系统可定义的最大优先级
int ms=0;//系统运行的ms数
int defaultRtSlice=100;//默认的实时任务的时间片
int defaultSlice=100;//默认非实时任务的时间片
int runtime=0;当前时间片内已运行的时间;

#define SCHED_UNDEF   0x0000
#define SCHED_FCFS    0x0010
#define SCHED_SJF     0x0020
#define SCHED_PRIO    0x0030
#define SCHED_RR      0x0040
#define SCHED_RT_FCFS 0x0050
#define SCHED_RT_RR   0x0060
#define SCHED_IDLE    0x0070
//几种调度策略
struct scheduler {
    unsigned int type;  //类型

    myTCB* (*nextTsk_func)(void);//找下一个任务
    void (*enqueueTsk_func)(myTCB *tsk);//入队列
    void (*dequeueTsk_func)(myTCB *tsk);//出队列
    void (*tick_hook)(void);//tick时调用
}SysScheduler;
//系统的调度器
struct TskQueue {
	myTCB *head;//头指针
	myTCB *tail;//尾指针
	myTCB *idletsk;//idle任务指针
}TskQueue;
//任务队列

原语

//原语
void osStart(void);
//用于系统初始化(时钟初始化,调度器初始化,任务控制的初始化)和转入多任务运行
void TaskManagerInit(void);
//任务控制的初始化(初始化任务池,创建idle任务在空闲时运行,创建init作为下一个要运行的任务,初始化空闲任务空间分配)
void initTskPara(tskPara *buffer);
//对传来的tskPara进行初始化
void context_switch(myTCB *prevTsk, myTCB *nextTsk);
//任务切换
void destroyTsk(int takIndex);
//释放任务空间回到任务池中等待分配
void setSysSchedulerPara(unsigned int who, unsigned int para);
//设定默认的实时或非实时的任务的时间片
void getSysSchedulerPara(unsigned int who, unsigned int *para);
//用para返回要查看的参数
void setSysScheduler(unsigned int what);
//设置系统调度器的参数
unsigned int getSysScheduler(void);
//查看系统调度器的参数
void setTskPara(unsigned int option, unsigned int value, tskPara *buffer);
//设置传来的buffer指向的Para
void scheduler_tick(void);
//tick时进行调度,时间片运行完了或当前任务已经运行结束了要调next()函数
void schedulerInit();
//对系统调度器进行初始化
void getTskPara(int taskID, tskPara *buffer);
//获得相应ID的任务的tskPara
int createTsk(void (*tskBody)(void), tskPara *para);
//创建一个任务,进行栈的初始化,更新下一个可分配的空间
void stack_init(unsigned long** stk,void (*task)(void));//栈的初始化
void tskStart(myTCB *tsk);//启动一个任务,设状态,入队列
void dequeueTsk(myTCB *tsk);//任务出队列
void enqueueTsk(myTCB *tsk);//入队列
myTCB * nextTsk(void);//返回任务队列中已经到达且变相优先度最小的,队列空返回idle
unsigned flag(tskPara para);//将非实时任务的优先度加一个最大优先级(MAX_PRIORITY_NUM)从而实现变相有限度
int TskQueueIsEmpty(void);//判断任务队列是否为空
void TskQueueInit(myTCB* idleTsk);//任务队列初始化,头尾节点赋空

测试:
我先只写了支持的SCHED_RT_FCFS和SCHED_RT_RR的,时间片都给100个tick(1000ms),init 0ms到,优先度0,运行100ms,RT_FCFS,tsk1 6ms到,优先度12,运行1200ms,RT_RR,tsk2 150ms到,优先度8,运行80ms,RT_RR,tsk3 550ms到,优先度8,运行50ms,RT_RR,tsk4 550ms到,优先度8,运行30ms,RT_RR
使用了

  qemu-system-i386 -s -S -fda ./output/a_boot2C.img

和

gdb ./output/myOS.elf
(gdb)>target remote localhost:1234

qemu-system-i386 -s是在本地TCP:1234端口接受调试,-S是启动后暂不运行

然后将next()(取下一个任务)中的优先级比较换成了para.priority+(para.schedPolicy==SCHED_RR?1:0)*MAX_PRIORITY_NUM;就可以再解决非实时任务
将之前的tsk1和tsk2都改成SCHED_RR,如图

实验总结:

gdb是人类的好朋友,GNU是最好的项目;kali比ubuntu好用多了;
操作系统实验真难;没用gdb之前总想在next()那里放个myPirntf(),可惜总是报时间偏移,估计是GPU远比IO快的原因,我就不一样了,我的大脑就跟不上我手,所以用了gdb后没多久就做出来了😄

参考资料:

gdb调试的基本使用
linux使用—8.用qemu调试linux内核