thread: Properly protect 'all_list' around insertion.
[pintos-anon] / src / threads / thread.c
index 5229aef34d013b5bfd8bcd9c09a2983637018dc9..d68c123fb2476420d09557f4f52d4a6fb12949f4 100644 (file)
@@ -7,10 +7,10 @@
 #include "threads/flags.h"
 #include "threads/interrupt.h"
 #include "threads/intr-stubs.h"
 #include "threads/flags.h"
 #include "threads/interrupt.h"
 #include "threads/intr-stubs.h"
-#include "threads/mmu.h"
 #include "threads/palloc.h"
 #include "threads/switch.h"
 #include "threads/synch.h"
 #include "threads/palloc.h"
 #include "threads/switch.h"
 #include "threads/synch.h"
+#include "threads/vaddr.h"
 #ifdef USERPROG
 #include "userprog/process.h"
 #endif
 #ifdef USERPROG
 #include "userprog/process.h"
 #endif
    that are ready to run but not actually running. */
 static struct list ready_list;
 
    that are ready to run but not actually running. */
 static struct list ready_list;
 
+/* List of all processes.  Processes are added to this list
+   when they are first scheduled and removed when they exit. */
+static struct list all_list;
+
 /* Idle thread. */
 static struct thread *idle_thread;
 
 /* Idle thread. */
 static struct thread *idle_thread;
 
@@ -50,6 +54,11 @@ static long long user_ticks;    /* # of timer ticks in user programs. */
 #define TIME_SLICE 4            /* # of timer ticks to give each thread. */
 static unsigned thread_ticks;   /* # of timer ticks since last yield. */
 
 #define TIME_SLICE 4            /* # of timer ticks to give each thread. */
 static unsigned thread_ticks;   /* # of timer ticks since last yield. */
 
+/* If false (default), use round-robin scheduler.
+   If true, use multi-level feedback queue scheduler.
+   Controlled by kernel command-line option "-o mlfqs". */
+bool thread_mlfqs;
+
 static void kernel_thread (thread_func *, void *aux);
 
 static void idle (void *aux UNUSED);
 static void kernel_thread (thread_func *, void *aux);
 
 static void idle (void *aux UNUSED);
@@ -59,7 +68,7 @@ static void init_thread (struct thread *, const char *name, int priority);
 static bool is_thread (struct thread *) UNUSED;
 static void *alloc_frame (struct thread *, size_t size);
 static void schedule (void);
 static bool is_thread (struct thread *) UNUSED;
 static void *alloc_frame (struct thread *, size_t size);
 static void schedule (void);
-void schedule_tail (struct thread *prev);
+void thread_schedule_tail (struct thread *prev);
 static tid_t allocate_tid (void);
 
 /* Initializes the threading system by transforming the code
 static tid_t allocate_tid (void);
 
 /* Initializes the threading system by transforming the code
@@ -71,7 +80,10 @@ static tid_t allocate_tid (void);
 
    After calling this function, be sure to initialize the page
    allocator before trying to create any threads with
 
    After calling this function, be sure to initialize the page
    allocator before trying to create any threads with
-   thread_create(). */
+   thread_create().
+
+   It is not safe to call thread_current() until this function
+   finishes. */
 void
 thread_init (void) 
 {
 void
 thread_init (void) 
 {
@@ -79,6 +91,7 @@ thread_init (void)
 
   lock_init (&tid_lock);
   list_init (&ready_list);
 
   lock_init (&tid_lock);
   list_init (&ready_list);
+  list_init (&all_list);
 
   /* Set up a thread structure for the running thread. */
   initial_thread = running_thread ();
 
   /* Set up a thread structure for the running thread. */
   initial_thread = running_thread ();
@@ -92,8 +105,16 @@ thread_init (void)
 void
 thread_start (void) 
 {
 void
 thread_start (void) 
 {
-  thread_create ("idle", PRI_MAX, idle, NULL);
+  /* Create the idle thread. */
+  struct semaphore idle_started;
+  sema_init (&idle_started, 0);
+  thread_create ("idle", PRI_MIN, idle, &idle_started);
+
+  /* Start preemptive thread scheduling. */
   intr_enable ();
   intr_enable ();
+
+  /* Wait for the idle thread to initialize idle_thread. */
+  sema_down (&idle_started);
 }
 
 /* Called by the timer interrupt handler at each timer tick.
 }
 
 /* Called by the timer interrupt handler at each timer tick.
@@ -150,6 +171,7 @@ thread_create (const char *name, int priority,
   struct switch_entry_frame *ef;
   struct switch_threads_frame *sf;
   tid_t tid;
   struct switch_entry_frame *ef;
   struct switch_threads_frame *sf;
   tid_t tid;
+  enum intr_level old_level;
 
   ASSERT (function != NULL);
 
 
   ASSERT (function != NULL);
 
@@ -162,6 +184,11 @@ thread_create (const char *name, int priority,
   init_thread (t, name, priority);
   tid = t->tid = allocate_tid ();
 
   init_thread (t, name, priority);
   tid = t->tid = allocate_tid ();
 
+  /* Prepare thread for first run by initializing its stack.
+     Do this atomically so intermediate values for the 'stack' 
+     member cannot be observed. */
+  old_level = intr_disable ();
+
   /* Stack frame for kernel_thread(). */
   kf = alloc_frame (t, sizeof *kf);
   kf->eip = NULL;
   /* Stack frame for kernel_thread(). */
   kf = alloc_frame (t, sizeof *kf);
   kf->eip = NULL;
@@ -175,6 +202,9 @@ thread_create (const char *name, int priority,
   /* Stack frame for switch_threads(). */
   sf = alloc_frame (t, sizeof *sf);
   sf->eip = switch_entry;
   /* Stack frame for switch_threads(). */
   sf = alloc_frame (t, sizeof *sf);
   sf->eip = switch_entry;
+  sf->ebp = 0;
+
+  intr_set_level (old_level);
 
   /* Add to run queue. */
   thread_unblock (t);
 
   /* Add to run queue. */
   thread_unblock (t);
@@ -200,7 +230,12 @@ thread_block (void)
 
 /* Transitions a blocked thread T to the ready-to-run state.
    This is an error if T is not blocked.  (Use thread_yield() to
 
 /* Transitions a blocked thread T to the ready-to-run state.
    This is an error if T is not blocked.  (Use thread_yield() to
-   make the running thread ready.) */
+   make the running thread ready.)
+
+   This function does not preempt the running thread.  This can
+   be important: if the caller had disabled interrupts itself,
+   it may expect that it can atomically unblock a thread and
+   update other data. */
 void
 thread_unblock (struct thread *t) 
 {
 void
 thread_unblock (struct thread *t) 
 {
@@ -259,9 +294,11 @@ thread_exit (void)
   process_exit ();
 #endif
 
   process_exit ();
 #endif
 
-  /* Just set our status to dying and schedule another process.
-     We will be destroyed during the call to schedule_tail(). */
+  /* Remove thread from all threads list, set our status to dying,
+     and schedule another process.  That process will destroy us
+     when it calls thread_schedule_tail(). */
   intr_disable ();
   intr_disable ();
+  list_remove (&thread_current()->allelem);
   thread_current ()->status = THREAD_DYING;
   schedule ();
   NOT_REACHED ();
   thread_current ()->status = THREAD_DYING;
   schedule ();
   NOT_REACHED ();
@@ -278,12 +315,30 @@ thread_yield (void)
   ASSERT (!intr_context ());
 
   old_level = intr_disable ();
   ASSERT (!intr_context ());
 
   old_level = intr_disable ();
-  list_push_back (&ready_list, &cur->elem);
+  if (cur != idle_thread) 
+    list_push_back (&ready_list, &cur->elem);
   cur->status = THREAD_READY;
   schedule ();
   intr_set_level (old_level);
 }
 
   cur->status = THREAD_READY;
   schedule ();
   intr_set_level (old_level);
 }
 
+/* Invoke function 'func' on all threads, passing along 'aux'.
+   This function must be called with interrupts off. */
+void
+thread_foreach (thread_action_func *func, void *aux)
+{
+  struct list_elem *e;
+
+  ASSERT (intr_get_level () == INTR_OFF);
+
+  for (e = list_begin (&all_list); e != list_end (&all_list);
+       e = list_next (e))
+    {
+      struct thread *t = list_entry (e, struct thread, allelem);
+      func (t, aux);
+    }
+}
+
 /* Sets the current thread's priority to NEW_PRIORITY. */
 void
 thread_set_priority (int new_priority) 
 /* Sets the current thread's priority to NEW_PRIORITY. */
 void
 thread_set_priority (int new_priority) 
@@ -333,21 +388,17 @@ thread_get_recent_cpu (void)
 
    The idle thread is initially put on the ready list by
    thread_start().  It will be scheduled once initially, at which
 
    The idle thread is initially put on the ready list by
    thread_start().  It will be scheduled once initially, at which
-   point it initializes idle_thread and immediately blocks.
-   After that, the idle thread never appears in the ready list.
-   It is returned by next_thread_to_run() as a special case when
-   the ready list is empty. */
+   point it initializes idle_thread, "up"s the semaphore passed
+   to it to enable thread_start() to continue, and immediately
+   blocks.  After that, the idle thread never appears in the
+   ready list.  It is returned by next_thread_to_run() as a
+   special case when the ready list is empty. */
 static void
 static void
-idle (void *aux UNUSED) 
+idle (void *idle_started_ UNUSED) 
 {
 {
-  /* Initialize idle_thread.
-
-     Until we run for the first time, idle_thread remains a null
-     pointer.  That's okay because we know that, at that point,
-     the ready list has at least one element (the idle thread),
-     so next_thread_to_run() will not attempt to return the idle
-     thread. */
+  struct semaphore *idle_started = idle_started_;
   idle_thread = thread_current ();
   idle_thread = thread_current ();
+  sema_up (idle_started);
 
   for (;;) 
     {
 
   for (;;) 
     {
@@ -365,8 +416,9 @@ idle (void *aux UNUSED)
          one to occur, wasting as much as one clock tick worth of
          time.
 
          one to occur, wasting as much as one clock tick worth of
          time.
 
-         See [IA32-v2a] "HLT", [IA32-v2b] "STI", and [IA32-v3] 7.7. */
-      asm ("sti; hlt");
+         See [IA32-v2a] "HLT", [IA32-v2b] "STI", and [IA32-v3a]
+         7.11.1 "HLT Instruction". */
+      asm volatile ("sti; hlt" : : : "memory");
     }
 }
 
     }
 }
 
@@ -407,6 +459,8 @@ is_thread (struct thread *t)
 static void
 init_thread (struct thread *t, const char *name, int priority)
 {
 static void
 init_thread (struct thread *t, const char *name, int priority)
 {
+  enum intr_level old_level;
+
   ASSERT (t != NULL);
   ASSERT (PRI_MIN <= priority && priority <= PRI_MAX);
   ASSERT (name != NULL);
   ASSERT (t != NULL);
   ASSERT (PRI_MIN <= priority && priority <= PRI_MAX);
   ASSERT (name != NULL);
@@ -417,6 +471,10 @@ init_thread (struct thread *t, const char *name, int priority)
   t->stack = (uint8_t *) t + PGSIZE;
   t->priority = priority;
   t->magic = THREAD_MAGIC;
   t->stack = (uint8_t *) t + PGSIZE;
   t->priority = priority;
   t->magic = THREAD_MAGIC;
+
+  old_level = intr_disable ();
+  list_push_back (&all_list, &t->allelem);
+  intr_set_level (old_level);
 }
 
 /* Allocates a SIZE-byte frame at the top of thread T's stack and
 }
 
 /* Allocates a SIZE-byte frame at the top of thread T's stack and
@@ -463,7 +521,7 @@ next_thread_to_run (void)
    After this function and its caller returns, the thread switch
    is complete. */
 void
    After this function and its caller returns, the thread switch
    is complete. */
 void
-schedule_tail (struct thread *prev) 
+thread_schedule_tail (struct thread *prev)
 {
   struct thread *cur = running_thread ();
   
 {
   struct thread *cur = running_thread ();
   
@@ -482,12 +540,13 @@ schedule_tail (struct thread *prev)
 
   /* If the thread we switched from is dying, destroy its struct
      thread.  This must happen late so that thread_exit() doesn't
 
   /* If the thread we switched from is dying, destroy its struct
      thread.  This must happen late so that thread_exit() doesn't
-     pull out the rug under itself. */
-  if (prev != NULL && prev->status == THREAD_DYING) 
+     pull out the rug under itself.  (We don't free
+     initial_thread because its memory was not obtained via
+     palloc().) */
+  if (prev != NULL && prev->status == THREAD_DYING && prev != initial_thread) 
     {
       ASSERT (prev != cur);
     {
       ASSERT (prev != cur);
-      if (prev != initial_thread)
-        palloc_free_page (prev);
+      palloc_free_page (prev);
     }
 }
 
     }
 }
 
@@ -496,8 +555,8 @@ schedule_tail (struct thread *prev)
    running to some other state.  This function finds another
    thread to run and switches to it.
 
    running to some other state.  This function finds another
    thread to run and switches to it.
 
-   It's not safe to call printf() until schedule_tail() has
-   completed. */
+   It's not safe to call printf() until thread_schedule_tail()
+   has completed. */
 static void
 schedule (void) 
 {
 static void
 schedule (void) 
 {
@@ -511,7 +570,7 @@ schedule (void)
 
   if (cur != next)
     prev = switch_threads (cur, next);
 
   if (cur != next)
     prev = switch_threads (cur, next);
-  schedule_tail (prev); 
+  thread_schedule_tail (prev);
 }
 
 /* Returns a tid to use for a new thread. */
 }
 
 /* Returns a tid to use for a new thread. */