操作系统学习笔记：Threads and Locking

操作系统学习笔记1： Threads and Locking

决定开始写博客的原因是：之前学习操作系统课的时候，每周老师布置的都是MIT的公开作业。因为刚开始学习XV6的时候学习的都是其他人的博客，但是那个博主貌似做到homework5之后就不再继续写了。

这里是我看的博主的网站链接：http://blog.csdn.net/column/details/xv6-jos.html

很感激那位博主的宝贵经验，让我前几周的XV6学习能这么快的入门。所以我也希望继续那位博主的工作，把我通过每周的作业学习到的知识分享给学习XV6的freshman们，希望能对学弟学妹们有所帮助。

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一。首先是对题目的分析： https://pdos.csail.mit.edu/6.828/2016/homework/lock.html（原网址）。
本次作业主要讲的是并行作业，以及并行作业中互斥锁（P,V问题）的相关知识。
1.将ph.c文件下载下来，放到Linux的文件夹里。
2.用terminal编译，并运行：$ gcc -g -O2 ph.c -pthread
$ ./a.out 2
我们会发现结果中显示了：
  
这表示ph.c的代码有问题（错误代表的意思之后再说），而作业就需要我们找到这个错误的原因，然后加以修改。
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二。阅读ph.c，然后理解意思（我只把这个代码的意义大概的描述一下，具体的内容需要自己阅读，这是学习XV6非常重要的一个过程）
代码首先创建了10000个小的node，用每一个node（在代码中名字是entry）来表示一个线程（这里涉及C++链表的内容），然后通过平均分配的方法来把这些线程分配给各个进程。
put函数用来将每一个线程加入链表。然后将这个node的对应信息记录到哈希表：struct entry *table[NBUCKET]中。
get函数通过反哈希的方式得到一个node（也就是一个线程）。同时这也表示这次线程的结束。

这样不断通过put 和get来实现并行程序。
产生错误的原因：当我们在使用put函数的时候，不小心造成两个新的node同时插入链表时（也就是同时使用内存），我们的哈希表只能记录下其中的一个表头，而失去了另外一个node的表头，所以造成了get的时候丢失了node。
为了避免这样的错误产生，我们仅仅需要在put的时候加入互斥锁即可：

    首先在开始处定义一个五个互斥锁：
pthread_mutex_t bucket_locks[NBUCKET];

    
 然后在put函数中加锁和解锁：

	pthread_mutex_lock(&bucket_locks[i]); insert(key, value, &table[i], table[i]);
	pthread_mutex_unlock(&bucket_locks[i]);

这样，再编译运行时，就可以避免丢失了：



具体的代码如下：

	#include<stdlib.h>#include<unistd.h>
	#include <stdio.h>
	#include <assert.h>
	#include <pthread.h>
	#include <sys/time.h>
	#define SOL
	#define NBUCKET 5
	#define NKEYS 100000
	struct entry {
	int key;
	int value;
	struct entry *next;
	};
	struct entry *table[NBUCKET];
	int keys[NKEYS];
	pthread_mutex_t bucket_locks[NBUCKET];
	int nthread = 1;
	volatile int done;
	double
	now()
	{
	struct timeval tv;
	gettimeofday(&tv, 0);
	return tv.tv_sec + tv.tv_usec /1000000.0;
	}
	static void
	print(void)
	{
	int i;
	struct entry *e;
	for (i = 0; i < NBUCKET; i++) {
	printf("%d:", i);
	for (e = table[i]; e != 0; e = e->next) {
	printf("%d", e->key);
	}
	printf("\n");
	}
	}
	static void
	insert(int key,int value,struct entry **p, struct entry *n)
	{
	struct entry *e = malloc(sizeof(struct entry));
	e->key = key;
	e->value = value;
	e->next = n;
	*p = e;
	}
	static
	void put(int key, int value)
	{
	int i = key % NBUCKET;
	pthread_mutex_lock(&bucket_locks[i]);
	insert(key, value, &table[i], table[i]);
	pthread_mutex_unlock(&bucket_locks[i]);
	}
	static struct entry*
	get(int key)
	{
	struct entry *e = 0;
	for (e = table[key % NBUCKET]; e !=0; e = e->next) {
	if (e->key == key) break;
	}
	return e;
	}
	static void *
	thread(void *xa)
	{
	long n = (long) xa;// thread number
	int i;
	int b = NKEYS/nthread; // number of keys 'assigned' to this thread
	int k = 0;
	double t1, t0;
	// printf("b = %d\n", b);
	t0 = now();
	for (i = 0; i < b; i++) {
	// printf("%d: put %d\n", n, b*n+i);
	// Note that the value for each key is the same, namely
	// the thread number
	put(keys[b*n + i], n);
	}
	t1 = now();
	printf("%ld: put time =%f\n", n, t1-t0);
	// Should use pthread_barrier, but MacOS doesn't support it ...
	__sync_fetch_and_add(&done,1);
	// This will only unlock when all threads are done
	while (done < nthread) ;
	t0 = now();
	for (i = 0; i < NKEYS; i++) {
	struct entry *e = get(keys[i]);
	if (e == 0) k++;
	}
	t1 = now();
	printf("%ld: lookup time =%f\n", n, t1-t0);
	printf("%ld:%d keys missing\n", n, k);
	return NULL;
	}
	int
	main(int argc,char *argv[])
	{
	pthread_t *tha;
	void *value;
	long i;
	double t1, t0;
	if (argc < 2) {
	fprintf(stderr, "%s:%s nthread\n", argv[0], argv[0]);
	exit(-1);
	}
	nthread = atoi(argv[1]);
	tha = malloc(sizeof(pthread_t) * nthread);
	srandom(0);
	assert(NKEYS % nthread ==0);
	for (i = 0; i < NKEYS; i++) {
	keys[i] = random();
	}
	for (i = 0; i < NBUCKET; i++) {
	pthread_mutex_init(&bucket_locks[i],NULL);
	}
	t0 = now();
	for(i = 0; i < nthread; i++) {
	assert(pthread_create(&tha[i],NULL, thread, (void *) i) ==0);
	}
	for(i = 0; i < nthread; i++) {
	assert(pthread_join(tha[i], &value) ==0);
	}
	t1 = now();
	printf("completion time =%f\n", t1-t0);
	}

我的水平还不够将这个代码详细的讲解清楚，希望比我更了解XV6的大神们能指正我的错误，再次感谢其他帮助我学习XV6的博主们，你们的博客means a lot to me!