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[pintos-anon] / doc / threads.texi
1 @node Project 1--Threads, Project 2--User Programs, Introduction, Top
2 @chapter Project 1: Threads
3
4 In this assignment, we give you a minimally functional thread system.
5 Your job is to extend the functionality of this system to gain a
6 better understanding of synchronization problems. Additionally, you
7 will use at least part of this increased functionality in future
8 assignments.
9
10 You will be working in primarily in the @file{threads} directory for
11 this assignment, with some work in the @file{devices} directory on the
12 side.  Compilation should be done in the @file{threads} directory.
13
14 @menu
15 * Understanding Threads::       
16 * Project 1 Code::              
17 * Debugging versus Testing::    
18 * Tips::                        
19 * Problem 1-1 Alarm Clock::     
20 * Problem 1-2 Join::            
21 * Problem 1-3 Priority Scheduling::  
22 * Problem 1-4 Advanced Scheduler::  
23 * Threads FAQ::                 
24 @end menu
25
26 @node Understanding Threads
27 @section Understanding Threads
28
29 The first step is to read and understand the initial thread system.
30 Pintos, by default, implements thread creation and thread completion,
31 a simple scheduler to switch between threads, and synchronization
32 primitives (semaphores, locks, and condition variables). 
33
34 However, there's a lot of magic going on in some of this code, so if
35 you haven't already compiled and run the base system, as described in
36 the introduction (@pxref{Introduction}), you should do so now.  You
37 can read through parts of the source code by hand to see what's going
38 on.  If you like, you can add calls to @code{printf()} almost
39 anywhere, then recompile and run to see what happens and in what
40 order.  You can also run the kernel in a debugger and set breakpoints
41 at interesting spots, single-step through code and examine data, and
42 so on.  @xref{i386-elf-gdb}, for more information.
43
44 When a thread is created, you are creating a new context to be
45 scheduled. You provide a function to be run in this context as an
46 argument to @code{thread_create()}. The first time the thread is
47 scheduled and runs, it will start from the beginning of that function
48 and execute it in the context. When that function returns, that thread
49 completes. Each thread, therefore, acts like a mini-program running
50 inside Pintos, with the function passed to @code{thread_create()}
51 acting like @code{main()}.
52
53 At any given time, Pintos is running exactly one thread, with the
54 others switched out.  The scheduler decides which thread to run next
55 when it needs to switch between them.  (If no thread is ready to run
56 at any given time, then the special ``idle'' thread runs.)  The
57 synchronization primitives are used to force context switches when one
58 thread needs to wait for another thread to do something.
59
60 The exact mechanics of a context switch are pretty gruesome and have
61 been provided for you in @file{threads/switch.S} (this is 80@var{x}86
62 assembly; don't worry about understanding it).  It involves saving the
63 state of the currently running thread and restoring the state of the
64 thread we're switching to.
65
66 Using the @command{gdb} debugger, slowly trace through a context
67 switch to see what happens (@pxref{i386-elf-gdb}).  You can set a
68 breakpoint on the @code{schedule()} function to start out, and then
69 single-step from there.  Be sure to keep track of each thread's
70 address and state, and what procedures are on the call stack for each
71 thread.  You will notice that when one thread calls
72 @code{switch_threads()}, another thread starts running, and the first
73 thing the new thread does is to return from
74 @code{switch_threads()}.  We realize this comment will seem cryptic to
75 you at this point, but you will understand threads once you understand
76 why the @code{switch_threads()} that gets called is different from the
77 @code{switch_threads()} that returns.  @c FIXME
78
79 @strong{Warning}: In Pintos, each thread is assigned a small,
80 fixed-size execution stack just under @w{4 kB} in size.  The kernel
81 does try to detect stack overflow, but it cannot always succeed.  You
82 ma cause bizarre problems, such as mysterious kernel panics, if you
83 declare large data structures as non-static local variables,
84 e.g. @samp{int buf[1000];}.  Alternatives to stack allocation include
85 the page allocator in @file{threads/palloc.c} and the block allocator
86 in @file{threads/malloc.c}.  Note that the page allocator doles out
87 @w{4 kB} chunks and that @code{malloc()} has a @w{2 kB} block size
88 limit.  If you need larger chunks, consider using a linked structure
89 instead.
90
91 @node Project 1 Code
92 @section Code
93
94 Here is a brief overview of the files in the @file{threads}
95 directory.  You will not need to modify most of this code, but the
96 hope is that presenting this overview will give you a start on what
97 code to look at.
98
99 @table @file
100 @item loader.S
101 @itemx loader.h
102 The kernel loader.  Assembles to 512 bytes of code and data that the
103 PC BIOS loads into memory and which in turn loads the kernel into
104 memory, does basic processor initialization, and jumps to the
105 beginning of the kernel.  You should not need to look at this code or
106 modify it.
107
108 @item kernel.lds.S
109 The linker script used to link the kernel.  Sets the load address of
110 the kernel and arranges for @file{start.S} to be at the very beginning
111 of the kernel image.  Again, you should not need to look at this code
112 or modify it, but it's here in case you're curious.
113
114 @item start.S
115 Jumps to @code{main()}.
116
117 @item init.c
118 @itemx init.h
119 Kernel initialization, including @code{main()}, the kernel's ``main
120 program.''  You should look over @code{main()} at least to see what
121 gets initialized.
122
123 @item thread.c
124 @itemx thread.h
125 Basic thread support.  Much of your work will take place in these
126 files.  @file{thread.h} defines @code{struct thread}, which you will
127 modify in the first three projects.
128
129 @item switch.S
130 @itemx switch.h
131 Assembly language routine for switching threads.  Already discussed
132 above.
133
134 @item palloc.c
135 @itemx palloc.h
136 Page allocator, which hands out system memory one 4 kB page at a time.
137
138 @item paging.c
139 @itemx paging.h
140 Initializes the kernel page table.  FIXME
141
142 @item malloc.c
143 @itemx malloc.h
144 A very simple implementation of @code{malloc()} and @code{free()} for
145 the kernel.  The largest block that can be allocated is 2 kB.
146
147 @item interrupt.c
148 @itemx interrupt.h
149 Basic interrupt handling and functions for turning interrupts on and
150 off.
151
152 @item intr-stubs.pl
153 @itemx intr-stubs.h
154 A Perl program that outputs assembly for low-level interrupt handling.
155
156 @item synch.c
157 @itemx synch.h
158 Basic synchronization primitives: semaphores, locks, and condition
159 variables.  You will need to use these for synchronization through all
160 four projects.
161
162 @item test.c
163 @itemx test.h
164 Test code.  For project 1, you will replace this file with your test
165 cases.
166
167 @item io.h
168 Functions for I/O port access.  This is mostly used by source code in
169 the @file{devices} directory that you won't have to touch.
170
171 @item mmu.h
172 Functions and macros related to memory management, including page
173 directories and page tables.  This will be more important to you in
174 project 3.  For now, you can ignore it.
175 @end table
176
177 FIXME devices and lib directories?
178
179 @node Debugging versus Testing
180 @section Debugging versus Testing
181
182 When you're debugging code, it's useful to be able to be able to run a
183 program twice and have it do exactly the same thing.  On second and
184 later runs, you can make new observations without having to discard or
185 verify your old observations.  This property is called
186 ``reproducibility.''  The simulator we use, Bochs, can be set up for
187 reproducibility.  If you use the Bochs configuration files we provide,
188 which specify @samp{ips: @var{n}} where @var{n} is a number of
189 simulated instructions per second, your simulations can be
190 reproducible.
191
192 Of course, a simulation can only be reproducible from one run to the
193 next if its input is the same each time.  For simulating an entire
194 computer, as we do, this means that every part of the computer must be
195 the same.  For example, you must use the same disks, the same version
196 of Bochs, and you must not hit any keys on the keyboard (because you
197 could not be sure to hit them at exactly the same point each time)
198 during the runs.
199
200 While reproducibility is useful for debugging, it is a problem for
201 testing thread synchronization, an important part of this project.  In
202 particular, when Bochs is set up for reproducibility, timer interrupts
203 will come at perfectly reproducible points, and therefore so will
204 thread switches.  That means that running the same test several times
205 doesn't give you any greater confidence in your code's correctness
206 than does running it only once.
207
208 FIXME
209 So, to make your code easier to test, we've added a feature to Bochs
210 that makes timer interrupts come at random intervals, but in a
211 perfectly predictable way.  In particular, if you put a line
212 @samp{ips-jitter: @var{seed}}, where @var{seed} is an integer, into
213 your Bochs configuration file, then timer interrupts will come at
214 irregularly spaced intervals.  Within a single @var{seed} value,
215 execution will still be reproducible, but timer behavior will change
216 as @var{seed} is varied.  Thus, for the highest degree of confidence
217 you should test your code with many seed values.
218
219 @node Tips
220 @section Tips
221
222 There should be no busy-waiting in any of your solutions to this
223 assignment.  Furthermore, resist the temptation to directly disable
224 interrupts in your solution by calling @code{intr_disable()} or
225 @code{intr_set_level()}, although you may find doing so to be useful
226 while debugging.  Instead, use semaphores, locks and condition
227 variables to solve synchronization problems.  Hint: read the comments
228 in @file{threads/synch.h} if you're unsure what synchronization
229 primitives may be used in what situations.
230
231 Given some designs of some problems, there may be one or two instances
232 in which it is appropriate to directly change the interrupt levels
233 instead of relying on the given synchroniztion primitives.  This must
234 be justified in your @file{DESIGNDOC} file.  If you're not sure you're
235 justified, ask!
236
237 While all parts of this assignment are required if you intend to earn
238 full credit on this project, keep in mind that Problem 1-2 (Join) will
239 be needed for future assignments, so you'll want to get this one
240 right.  We don't give out solutions, so you're stuck with your Join
241 code for the whole quarter.  Problem 1-1 (Alarm Clock) could be very
242 handy, but not strictly required in the future.  The upshot of all
243 this is that you should focus heavily on making sure that your
244 implementation of @code{thread_join()} works correctly, since if it's
245 broken, you will need to fix it for future assignments.  The other
246 parts can be turned off in the future if you find you can't make them
247 work quite right.
248
249 Also keep in mind that Problem 1-4 (the MLFQS) builds on the features you
250 implement in Problem 1-3, so to avoid unnecessary code duplication, it
251 would be a good idea to divide up the work among your team members
252 such that you have Problem 1-3 fully working before you begin to tackle
253 Problem 1-4.
254
255 @node Problem 1-1 Alarm Clock
256 @section Problem 1-1: Alarm Clock
257
258 Improve the implementation of the timer device defined in
259 @file{devices/timer.c} by reimplementing @code{timer_sleep()}.
260 Threads call @code{timer_sleep(@var{x})} to suspend execution until
261 time has advanced by at least @w{@var{x} timer ticks}.  This is
262 useful for threads that operate in real-time, for example, for
263 blinking the cursor once per second.  There is no requirement that
264 threads start running immediately after waking up; just put them on
265 the ready queue after they have waited for approximately the right
266 amount of time.
267
268 A working implementation of this function is provided.  However, the
269 version provided is poor, because it ``busy waits,'' that is, it spins
270 in a tight loop checking the current time until the current time has
271 advanced far enough.  This is undesirable because it wastes time that
272 could potentially be used more profitably by another thread.  Your
273 solution should not busy wait.
274
275 The argument to @code{timer_sleep()} is expressed in timer ticks, not
276 in milliseconds or some other unit.
277
278 @node Problem 1-2 Join
279 @section Problem 1-2: Join
280
281 Implement @code{thread_join(tid_t)} in @file{threads/thread.c}.  There
282 is already a prototype for it in @file{threads/thread.h}, which you
283 should not change.  This function causes the currently running thread
284 to block until the thread whose thread id is passed as an argument
285 exits.  If A is the running thread and B is the argument, then we say
286 that ``A joins B'' in this case.
287
288 Incidentally, we don't use @code{struct thread *} as
289 @file{thread_join()}'s parameter type because a thread pointer is not
290 unique over time.  That is, when a thread dies, its memory may be,
291 whether immediately or much later, reused for another thread.  If
292 thread A over time had two children B and C that were stored at the
293 same address, then @code{thread_join(@r{B})} and
294 @code{thread_join(@r{C})} would be ambiguous.  Introducing a thread id
295 or @dfn{tid}, represented by type @code{tid_t}, that is intentionally
296 unique over time solves the problem.  The provided code uses an
297 @code{int} for @code{tid_t}, but you may decide you prefer to use some
298 other type.
299
300 The model for @code{thread_join()} is the @command{wait} system call
301 in Unix-like systems.  (Try reading the manpages.)  That system call
302 can only be used by a parent process to wait for a child's death.  You
303 should implement @code{thread_join()} to have the same restriction.
304 That is, a thread may only join its immediate children.
305
306 A thread need not ever be joined.  Your solution should properly free
307 all of a thread's resources, including its @code{struct thread},
308 whether it is ever joined or not, and regardless of whether the child
309 exits before or after its parent.  That is, a thread should be freed
310 exactly once in all cases.
311
312 Joining a given thread is idempotent.  That is, joining a thread T
313 multiple times is equivalent to joining it once, because T has already
314 exited at the time of the later joins.  Thus, joins on T after the
315 first should return immediately.
316
317 Calling @code{thread_join()} on an thread that is not the caller's
318 child should cause the caller to return immediately.
319
320 Consider all the ways a join can occur: nested joins (A joins B when B
321 is joined on C), multiple joins (A joins B, then A joins C), and so
322 on.  Does your join work if @code{thread_join()} is called on a thread
323 that has not yet been scheduled for the first time?  You should handle
324 all of these cases.  Write test code that demonstrates the cases your
325 join works for.  Don't overdo the output volume, please!
326
327 Be careful to program this function correctly.  You will need its
328 functionality for project 2.
329
330 @node Problem 1-3 Priority Scheduling
331 @section Problem 1-3: Priority Scheduling
332
333 Implement priority scheduling in Pintos.  Priority scheduling is a key
334 building block for real-time systems.  Implement functions
335 @code{thread_set_priority()} to set the priority of the running thread
336 and @code{thread_get_priority()} to get the running thread's priority.
337 (A thread can examine and modify only its own priority.)  There are
338 already prototypes for these functions in @file{threads/thread.h},
339 which you should not change.
340
341 Thread priority ranges from @code{PRI_MIN} (0) to @code{PRI_MAX} (59).
342 The initial thread priority is passed as an argument to
343 @code{thread_create()}.  If there's no reason to choose another
344 priority, use @code{PRI_DEFAULT} (29).  The @code{PRI_} macros are
345 defined in @file{threads/thread.h}, and you should not change their
346 values.
347
348 When a thread is added to the ready list that has a higher priority
349 than the currently running thread, the current thread should
350 immediately yield the processor to the new thread.  Similarly, when
351 threads are waiting for a lock, semaphore or condition variable, the
352 highest priority waiting thread should be woken up first.  A thread's
353 priority may be set at any time, including while the thread is waiting
354 on a lock, semaphore, or condition variable.
355
356 One issue with priority scheduling is ``priority inversion'': if a
357 high priority thread needs to wait for a low priority thread (for
358 instance, for a lock held by a low priority thread, or in
359 @code{thread_join()} for a thread to complete), and a middle priority
360 thread is on the ready list, then the high priority thread will never
361 get the CPU because the low priority thread will not get any CPU time.
362 A partial fix for this problem is to have the waiting thread
363 ``donate'' its priority to the low priority thread while it is holding
364 the lock, then recall the donation once it has acquired the lock.
365 Implement this fix.
366
367 You will need to account for all different orders that priority
368 donation and inversion can occur.  Be sure to handle multiple
369 donations, in which multiple priorities are donated to a thread.  You
370 must also handle nested donation: given high, medium, and low priority
371 threads H, M, and L, respectively, if H is waiting on a lock that M
372 holds and M is waiting on a lock that L holds, then both M and L
373 should be boosted to H's priority.
374
375 You only need to implement priority donation when a thread is waiting
376 for a lock held by a lower-priority thread.  You do not need to
377 implement this fix for semaphores, condition variables or joins.
378 However, you do need to implement priority scheduling in all cases.
379
380 @node Problem 1-4 Advanced Scheduler
381 @section Problem 1-4: Advanced Scheduler
382
383 Implement Solaris's multilevel feedback queue scheduler (MLFQS) to
384 reduce the average response time for running jobs on your system.
385 @xref{Multilevel Feedback Scheduling}, for a detailed description of
386 the MLFQS requirements.
387
388 Demonstrate that your scheduling algorithm reduces response time
389 relative to the original Pintos scheduling algorithm (round robin) for
390 at least one workload of your own design (i.e.@: in addition to the
391 provided test).
392
393 You may assume a static priority for this problem. It is not necessary
394 to ``re-donate'' a thread's priority if it changes (although you are
395 free to do so).
396
397 You must write your code so that we can turn the MLFQS on and off at
398 compile time.  By default, it must be off, but we must be able to turn
399 it on by inserting the line @code{#define MLFQS 1} in
400 @file{constants.h}.  @xref{Conditional Compilation}, for details.
401
402 @node Threads FAQ
403 @section FAQ
404
405 @enumerate 1
406 @item General FAQs
407
408 @enumerate 1
409 @item
410 @b{I am adding a new @file{.h} or @file{.c} file.  How do I fix the
411 @file{Makefile}s?}@anchor{Adding c or h Files}
412
413 To add a @file{.c} file, edit the top-level @file{Makefile.build}.
414 You'll want to add your file to variable @samp{@var{dir}_SRC}, where
415 @var{dir} is the directory where you added the file.  For this
416 project, that means you should add it to @code{threads_SRC}, or
417 possibly @code{devices_SRC} if you put in the @file{devices}
418 directory.  Then run @code{make}.  If your new file doesn't get
419 compiled, run @code{make clean} and then try again.
420
421 When you modify the top-level @file{Makefile.build}, the modified
422 version should be automatically copied to
423 @file{threads/build/Makefile} when you re-run make.  The opposite is
424 not true, so any changes will be lost the next time you run @code{make
425 clean} from the @file{threads} directory.  Therefore, you should
426 prefer to edit @file{Makefile.build} (unless your changes are meant to
427 be truly temporary).
428
429 There is no need to edit the @file{Makefile}s to add a @file{.h} file.
430
431 @item
432 @b{How do I write my test cases?}
433
434 Test cases should be replacements for the existing @file{test.c}
435 file.  Put them in a @file{threads/testcases} directory.
436 @xref{TESTCASE}, for more information.
437
438 @item
439 @b{If a thread finishes, should its children be terminated immediately,
440 or should they finish normally?}
441
442 You should feel free to decide what semantics you think this
443 should have. You need only provide justification for your
444 decision.
445
446 @item
447 @b{Why can't I disable interrupts?}
448
449 Turning off interrupts should only be done for short amounts of time,
450 or else you end up losing important things such as disk or input
451 events.  Turning off interrupts also increases the interrupt handling
452 latency, which can make a machine feel sluggish if taken too far.
453 Therefore, in general, setting the interrupt level should be used
454 sparingly.  Also, any synchronization problem can be easily solved by
455 turning interrupts off, since while interrupts are off, there is no
456 concurrency, so there's no possibility for race condition.
457
458 To make sure you understand concurrency well, we are discouraging you
459 from taking this shortcut at all in your solution.  If you are unable
460 to solve a particular synchronization problem with semaphores, locks,
461 or conditions, or think that they are inadequate for a particular
462 reason, you may turn to disabling interrupts.  If you want to do this,
463 we require in your design document a complete justification and
464 scenario (i.e.@: exact sequence of events) to show why interrupt
465 manipulation is the best solution.  If you are unsure, the TAs can
466 help you determine if you are using interrupts too haphazardly.  We
467 want to emphasize that there are only limited cases where this is
468 appropriate.
469
470 You might find @file{devices/intq.h} and its users to be an
471 inspiration or source of rationale.
472
473 @item
474 @b{Where might interrupt-level manipulation be appropriate?}
475
476 You might find it necessary in some solutions to the Alarm problem.
477
478 You might want it at one small point for the priority scheduling
479 problem.  Note that it is not required to use interrupts for these
480 problems.  There are other, equally correct solutions that do not
481 require interrupt manipulation.  However, if you do manipulate
482 interrupts and @strong{correctly and fully document it} in your design
483 document, we will allow limited use of interrupt disabling.
484 @end enumerate
485
486 @item Alarm Clock FAQs
487
488 @enumerate 1
489 @item
490 @b{Why can't I use most synchronization primitives in an interrupt
491 handler?}
492
493 As you've discovered, you cannot sleep in an external interrupt
494 handler.  Since many lock, semaphore, and condition variable functions
495 attempt to sleep, you won't be able to call those in
496 @code{timer_interrupt()}.  You may still use those that never sleep.
497
498 Having said that, you need to make sure that global data does not get
499 updated by multiple threads simultaneously executing
500 @code{timer_sleep()}.  Here are some pieces of information to think
501 about:
502
503 @enumerate a
504 @item
505 Interrupts are turned off while @code{timer_interrupt()} runs.  This
506 means that @code{timer_interrupt()} will not be interrupted by a
507 thread running in @code{timer_sleep()}.
508
509 @item
510 A thread in @code{timer_sleep()}, however, can be interrupted by a
511 call to @code{timer_interrupt()}, except when that thread has turned
512 off interrupts.
513
514 @item
515 Examples of synchronization mechanisms have been presented in lecture.
516 Going over these examples should help you understand when each type is
517 useful or needed.
518 @end enumerate
519
520 @item
521 @b{What about timer overflow due to the fact that times are defined as
522 integers? Do I need to check for that?}
523
524 Don't worry about the possibility of timer values overflowing.  Timer
525 values are expressed as signed 63-bit numbers, which at 100 ticks per
526 second should be good for almost 2,924,712,087 years.
527 @end enumerate
528
529 @item Join FAQs
530
531 @enumerate 1
532 @item
533 @b{Am I correct to assume that once a thread is deleted, it is no
534 longer accessible by the parent (i.e.@: the parent can't call
535 @code{thread_join(child)})?}
536
537 A parent joining a child that has completed should be handled
538 gracefully and should act as a no-op.
539 @end enumerate
540
541 @item Priority Scheduling FAQs
542
543 @enumerate 1
544 @item
545 @b{Doesn't the priority scheduling lead to starvation? Or do I have to
546 implement some sort of aging?}
547
548 It is true that strict priority scheduling can lead to starvation
549 because thread may not run if a higher-priority thread is runnable.
550 In this problem, don't worry about starvation or any sort of aging
551 technique.  Problem 4 will introduce a mechanism for dynamically
552 changing thread priorities.
553
554 This sort of scheduling is valuable in real-time systems because it
555 offers the programmer more control over which jobs get processing
556 time.  High priorities are generally reserved for time-critical
557 tasks. It's not ``fair,'' but it addresses other concerns not
558 applicable to a general-purpose operating system.
559
560 @item
561 @b{After a lock has been released, does the program need to switch to
562 the highest priority thread that needs the lock (assuming that its
563 priority is higher than that of the current thread)?}
564
565 When a lock is released, the highest priority thread waiting for that
566 lock should be unblocked and put on the ready to run list.  The
567 scheduler should then run the highest priority thread on the ready
568 list.
569
570 @item
571 @b{If a thread calls @code{thread_yield()} and then it turns out that
572 it has higher priority than any other threads, does the high-priority
573 thread continue running?}
574
575 Yes.  If there is a single highest-priority thread, it continues
576 running until it blocks or finishes, even if it calls
577 @code{thread_yield()}.
578
579 @item
580 @b{If the highest priority thread is added to the ready to run list it
581 should start execution immediately.  Is it immediate enough if I
582 wait until next timer interrupt occurs?}
583
584 The highest priority thread should run as soon as it is runnable,
585 preempting whatever thread is currently running.
586
587 @item
588 @b{What happens to the priority of the donating thread?  Do the priorities
589 get swapped?}
590
591 No.  Priority donation only changes the priority of the low-priority
592 thread.  The donating thread's priority stays unchanged.  Also note
593 that priorities aren't additive: if thread A (with priority 5) donates
594 to thread B (with priority 3), then B's new priority is 5, not 8.
595
596 @item 
597 @b{Can a thread's priority be changed while it is sitting on the ready
598 queue?}
599
600 Yes.  Consider this case: low-priority thread L currently has a lock
601 that high-priority thread H wants.  H donates its priority to L (the
602 lock holder).  L finishes with the lock, and then loses the CPU and is
603 moved to the ready queue.  Now L's old priority is restored while it
604 is in the ready queue.
605
606 @item
607 @b{Can a thread's priority change while it is sitting on the queue of a
608 semaphore?}
609
610 Yes.  Same scenario as above except L gets blocked waiting on a new
611 lock when H restores its priority.
612
613 @item
614 @b{Why is pubtest3's FIFO test skipping some threads! I know my scheduler
615 is round-robin'ing them like it's supposed to!  Our output is like this:}
616
617 @example
618 Thread 0 goes.
619 Thread 2 goes.
620 Thread 3 goes.
621 Thread 4 goes.
622 Thread 0 goes.
623 Thread 1 goes.
624 Thread 2 goes.
625 Thread 3 goes.
626 Thread 4 goes.
627 @end example
628
629 @noindent @b{which repeats 5 times and then}
630
631 @example
632 Thread 1 goes.
633 Thread 1 goes.
634 Thread 1 goes.
635 Thread 1 goes.
636 Thread 1 goes.
637 @end example
638
639 This happens because context switches are being invoked by the test
640 when it explicitly calls @code{thread_yield()}.  However, the time
641 slice timer is still alive and so, every tick (by default), thread 1
642 gets switched out (caused by @code{timer_interrupt()} calling
643 @code{intr_yield_on_return()}) before it gets a chance to run its
644 mainline.  It is by coincidence that Thread 1 is the one that gets
645 skipped in our example.  If we use a different jitter value, the same
646 behavior is seen where a thread gets started and switched out
647 completely.
648
649 Solution: Increase the value of @code{TIME_SLICE} in
650 @file{devices/timer.c} to a very high value, such as 10000, to see
651 that the threads will round-robin if they aren't interrupted.
652
653 @item
654 @b{What happens when a thread is added to the ready list which has
655 higher priority than the currently running thread?}
656
657 The correct behavior is to immediately yield the processor.  Your
658 solution must act this way.
659
660 @item
661 @b{What should @code{thread_get_priority()} return in a thread while
662 its priority has been increased by a donation?}
663
664 The higher (donated) priority.
665 @end enumerate
666
667 @item Advanced Scheduler FAQs
668
669 @enumerate 1
670 @item
671 @b{What is the interval between timer interrupts?}
672
673 Timer interrupts occur @code{TIMER_FREQ} times per second.  You can
674 adjust this value by editing @file{devices/timer.h}.  The default is
675 100 Hz.
676
677 You can also adjust the number of timer ticks per time slice by
678 modifying @code{TIME_SLICE} in @file{devices/timer.c}.
679
680 @item
681 @b{Do I have to modify the dispatch table?}
682
683 No, although you are allowed to. It is possible to complete
684 this problem (i.e.@: demonstrate response time improvement)
685 without doing so.
686
687 @item
688 @b{When the scheduler changes the priority of a thread, how does this
689 affect priority donation?}
690
691 Short (official) answer: Don't worry about it. Your priority donation
692 code may assume static priority assignment.
693
694 Longer (unofficial) opinion: If you wish to take this into account,
695 however, your design may end up being ``cleaner.''  You have
696 considerable freedom in what actually takes place. I believe what
697 makes the most sense is for scheduler changes to affect the
698 ``original'' (non-donated) priority.  This change may actually be
699 masked by the donated priority.  Priority changes should only
700 propagate with donations, not ``backwards'' from donees to donors.
701
702 @item
703 @b{What is meant by ``static priority''?}
704
705 Once thread A has donated its priority to thread B, if thread A's
706 priority changes (due to the scheduler) while the donation still
707 exists, you do not have to change thread B's donated priority.
708 However, you are free to do so.
709
710 @item
711 @b{Do I have to make my dispatch table user-configurable?}
712
713 No.  Hard-coding the dispatch table values is fine.
714 @end enumerate
715 @end enumerate