基于nachos系统开发的课设作业 ——Project 1 .5

基于nachos系统开发的课设作业 ——Project 1 的第五问:

题目要求先是完成PriorityScheduler类在Nachos中实现优先级调度。首先在这种调度下，每次调度程序从就绪队列中应该选择优先级最高的那个。此处会出现一种需要我们解决的问题：优先级反转——持有锁的线程的优先级低于就绪队列中的其他线程，则我们将最高优先级暂时性地赋予给之，低优先级的lockholder变成高优先级线程（暂时性），在代码中我们除了priority属性，特设有EffectivePriority一属性，在优先级反转过程中用到该变量。

接下来是实现过程：
首先实现基本的优先级调度：分析PriorityScheduler类，发现其中又包含了两个内部类：
1）PriorityQueue，其注释为——根据优先级将线程分类。我们用一个大根堆来存储所有的线程及其优先级，每次其堆顶是优先级最高的线程，我们将将KTread对象与其相应的优先级（EffectivePriority）加入大根堆中，根据优先级大小排序。该类主要需实现的方法有nextThread()、pickNextThread（）。
2）：ThreadState——保存一个线程和它的优先级、EffectivePriority、waitQueue。主要需要实现的方法：getEffectivePriority（）、setPriority(int priority)、waitForAccess(PriorityQueue waitQueue)、acquire()。
逐一实现：此处对一些较为复杂的实现方法进行说明：ThreadState中的setPriority方法：当我们设置一个线程的优先级时，如果该线程原先的优先级小于重新设置的，则需要更改EffectivePriority，此时大根堆需要刷新一遍。并且如果此时的锁具有拥有者且其优先级低于新设置值，说明在堆中（即就绪队列）存在比lockholder高优先级的线程，要对lockholder进行优先级反转。waitForAccess(PriorityQueue waitQueue)方法：获得就绪队列，向其加入线程，当就绪队列满足优先级反转的条件进行优先级反转。当调用本类中的acquire（）方法，说明调用该方法的线程拥有锁。
PriorityQueue中nextThread()方法是获得最大优先级的线程并将其设置成锁的拥有者（lockholder）。
此外重点说明getThreadState(KThread thread)方法：返回包含参数线程的ThreadState对象。
代码基本实现后简单介绍一下程序整个逻辑。由于是通过锁Lock来完成整个线程的调度，查看Lock类：

同样的release方法：从等待锁的队列中选择一个线程，唤醒它。（等价于给一个线程锁）
测试程序及结果说明：


结果说明：
开始主线程执行，获取到锁，此时主线程优先级最低，为1。进行yield（）后，调度程序开始选择线程执行：注意此时main线程的优先级低但由于其拥有锁，进行了优先级反转并执行。主线程执行并释放锁，此时从就绪队列中找到优先级最大的线程，给其锁并执行，所以先执行th2（优先级为5）.打印出主线程的EffectivePriority，会发现它变成了5。