Implementacao de Biblioteca de Threads em Espaco do Usuario - UFMG DCC605

Universidade Federal de Minas Gerais DCC605 Sistemas Operacionais Trabalho Prático Cronograma e execução Biblioteca de threads de usuário Parte 1 Criando e executando threads Parte 2 Terminando e esperando threads Parte 3 Preempção Parte 4 Evitando condições de corrida Parte 5 Adicionando suporte à espera Implementação entrega e avaliação Implementação da biblioteca Relatório Cronograma e execução Execução em grupo de até dois alunos Valor 15 pontos Biblioteca de threads de usuário Neste trabalho iremos implementar uma biblioteca de threads em espaço do usuário para o Linux Para tanto iremos utilizar a interface de controle de contextos ucontext e sinais assíncronos Parte 1 Criando e executando threads Na primeira parte você irá apenas criar threads sem suporte à preempção Isto é uma thread irá ocupar a CPU até que ela dê licença para outra thread Sua biblioteca the threads deverá implementar uma função void dccthreadinitvoid funcint int param Onde func é um ponteiro para uma função que não retorna valor e que recebe um inteiro como parâmetro e param é o parâmetro que será passado para main A função dccthreadinit nunca retorna Ela deve inicializar as estruturas internas da biblioteca de threads e depois criar uma thread para executar func passando o parâmetro param Nesta parte 1 sua função dccthreadinit deve i iniciar uma thread gerente que irá fazer o escalonamento das threads criadas ii iniciar uma thread principal que irá executar a função func e iii executar a thread principal Cada thread como as threads gerente e principal é representada por uma estrutura ucontextt declarada em ucontexth e gerenciada pelas funções getcontext setcontext makecontext e swapcontext Estude a documentação e os exemplos de uso destas funções em suas páginas no manual Em particular note que você precisa chamar getcontext e inicializar a pilha da nova thread antes de chamar makecontext Nesta parte você também irá implementar a função da biblioteca que cria novas threads dccthreadt dccthreadcreateconst char name void funcint int param Onde name é o nome da thread func é a função que será executada e param é o parâmetro que será passado para a função func Os parâmetros func e param funcionam de forma idêntica aos parâmetros de mesmo nome na função dccthreadinit A função dccthreadcreate deve inicializar uma nova thread e adicionála à lista de threads prontas para executar juntamente às outras threads criadas e à thread principal A função dccthreadcreate deve retornar à thread que a chamou ie não deve trocar a thread em execução Por último você deverá criar uma função para permitir que uma thread dê licença da CPU void dccthreadyieldvoid A função dccthreadyield deve retirar a thread atual da CPU e chamar a thread gerente para que esta escolha a próxima thread que deve ser executada As threads devem ser executadas na mesma ordem em que foram criadas Cada thread deve ter seu estado salvo em uma estrutura dccthreadt que você deverá definir Note que dccthreadt precisa conter pelo menos um campo do tipo ucontextt para armazenar o estado da thread Para trocar threads use swapcontext esta função salva o estado da thread atual e carrega o estado da nova thread de forma similar à troca de contexto do xv6 visto em sala Para que possamos identificar as threads implemente uma função dccthreadself que recupera um ponteiro para a estrutura dccthreadt da thread em execução Implemente também uma função que retorna o nome de uma thread como informado pelo primeiro parâmetro à função dccthreadcreate Note que a thread principal deve ter nome main dccthreadt dccthreadselfvoid const char dccthreadnamedccthreadt tid Depois de implementadas estas funções você deverá ser capaz de executar os testes de 0 a 6 Parte 2 Terminando e esperando threads Nesta parte iremos implementar funções que darão suporte à terminação e espera por threads Você deverá implementar as funções void dccthreadexitvoid void dccthreadwaitdccthreadt tid Onde a função dccthreadexit termina a thread atual e a função dcchreadwait bloqueia a thread atual até que a thread tid termine de executar Para facilitar você pode assumir que cada thread do programa só pode ser esperada por uma thread O programa deve terminar quando a última thread chamar dccthreadexit Note que seu programa deve funcionar para as duas sequências possíveis de eventos 1 Quando uma função chama dccthreadexit e nenhuma função a espera quando uma função chama dccthreadwait passando o identificador tid de uma thread que já terminou 2 Quando uma função chama dccthreadexit e já existe uma função esperando quando uma função chama dccthreadwait passando o identificador tid de uma thread que ainda está executando Depois de implementadas estas funções você deverá ser capaz de executar os testes 7 e 8 Parte 3 Preempção Nesta parte você irá tornar sua biblioteca preemptiva retirando threads da CPU a força caso elas não chamem dccthreadyield Para realizar isso você precisará de um temporizador que irá disparar regularmente Verifique a documentação das funções timercreate timerdelete e timersettime O objetivo é usar estas funções para gerar um sinal a cada 10 ms Você deve usar um temporizador que conte o tempo de CPU utilizado pelo processo CLOCKPROCESSCPUTIMEID seu tratador de sinais irá então chamar dccthreadyield para forçar a thread atual a dar licença da CPU Depois de implementado o temporizador você deve ser capaz de executar o teste 9 Parte 4 Evitando condições de corrida O que acontece se a thread atual chamar dccthreadyield e o temporizador disparar em seguida Este tipo de situação pode levar à corrupção das estruturas de dados de sua biblioteca de threads Uma solução para evitar que as estruturas de dados de sua biblioteca sejam corrompidas você deve desabilitar o temporizador imediatamente após uma thread chamar dccthreadyield dccthreadwait dccthreadexit ou dccthreadcreate Além disso você também deve desabilitar interrupções enquanto a thread gerente estiver executando Para desabilitar e habilitar o temporizador basta bloquear e desbloquear respectivamente o sinal enviado pelo temporizador Você pode fazer isso usando a função sigprocmask Em geral você vai querer chamar sigprocmaskSIGBLOCK assim que uma thread chamar uma função da biblioteca como dccthreadyield e chamar sigprocmaskSIGUNBLOCK antes de retornar da função da biblioteca Note que a máscara de sinais bloqueados é distinta para cada ucontextt Logo você deve controlar quais e quando os sinais são bloqueados por cada thread A não ser que você implemente o bloqueio de sinais como descrito acima seu código provavelmente sofrerá uma falha de segmentação Após implementar o bloqueio de sinais corretamente sua biblioteca deve passar no teste 10 Parte 5 Adicionando suporte à espera Como nossa biblioteca de threads usa mapeamento muitosparaum uma thread não pode chamar sleep sem bloquear todas as threads do programa Para solucionar esta limitação vamos criar uma função dccthreadsleep que retira a thread da CPU como dccthreadyield e da fila de prontos por uma quantidade de tempo prédeterminada Sua biblioteca the threads deverá implementar uma função void dccthreadsleepstruct timespec ts Onde ts é uma variável do tipo struct timespec que contém o tempo pelo qual a thread deve ser mantida fora da fila de prontos Para implementar esta funcionalidade sua biblioteca deverá fazer uso de temporizadores adicionais Para implementação de dccthreadsleep você pode usar o temporizador CLOCKREALTIME da família de funções timercreate timerdelete e timersettime Implementação entrega e avaliação Implementação da biblioteca O cabeçalho dccthreadh com as declarações das funções da biblioteca estão disponíveis no Moodle não é necessário modificar este arquivo Seu grupo deve entregar um arquivo dccthreadc que implementa as funções atendendo às funcionalidades descritas acima Relatório Cada grupo deve preencher e entregar o arquivo reportmd incluso no pacote com as bibliotecas Observação Você não pode usar a biblioteca pthreads neste trabalho