Redo and improve thread scheduling startup.
authorBen Pfaff <blp@cs.stanford.edu>
Thu, 2 Sep 2004 08:12:53 +0000 (08:12 +0000)
committerBen Pfaff <blp@cs.stanford.edu>
Thu, 2 Sep 2004 08:12:53 +0000 (08:12 +0000)
In the process make it possible to use locks before the preemptive
scheduler is turned on.
This lets us add locking to the page allocator.

src/threads/init.c
src/threads/loader.S
src/threads/palloc.c
src/threads/palloc.h
src/threads/thread.c
src/threads/thread.h

index ec71cec8432b4670a5473f0486760dea595489c1..b099d02dd33ccbb8fb88889b821cde91ab772ad5 100644 (file)
@@ -41,10 +41,11 @@ static bool format_filesys;
 static char *initial_program;
 #endif
 
-static thread_func main_thread;
 static void ram_init (void);
 static void argv_init (void);
 
+int main (void) NO_RETURN;
+
 int
 main (void)
 {
@@ -60,6 +61,7 @@ main (void)
   argv_init ();
 
   /* Initialize memory system, segments, paging. */
+  thread_init ();
   palloc_init ();
   paging_init ();
 #ifdef USERPROG
@@ -79,30 +81,29 @@ main (void)
   exception_init ();
 #endif
 
-  /* Do everything else in a system thread. */
-  thread_init ();
-  thread_create ("main", main_thread, NULL);
+  /* Start thread scheduler and enable interrupts. */
   thread_start ();
-}
 
-/* Initial thread. */
-static void
-main_thread (void *aux UNUSED) 
-{
 #ifdef FILESYS
+  /* Initialize filesystem. */
   disk_init ();
   filesys_init (format_filesys);
   fsutil_run ();
 #endif
 
+  printk ("Boot complete.\n");
+
 #ifdef USERPROG
+  /* Run a user program. */
   if (initial_program != NULL)
-    thread_execute (initial_program);
-  else
-    PANIC ("no initial program specified");
-#else
-  PANIC ("boot successful");
+    {
+      printk ("\nExecuting '%s':\n", initial_program);
+      thread_execute (initial_program); 
+    }
 #endif
+
+  /* Terminate this thread. */
+  thread_exit ();
 }
 \f
 /* Clear BSS and obtain RAM size from loader. */
index 4e4fbb4c3e162ace5f0c0d6d1477a92d99e49bbd..d67af3858f2cbefd592742c1dbab02827f4e00f2 100644 (file)
@@ -181,9 +181,10 @@ read_sector:
        
 ##### Jump to kernel entry point.
 
-       movl $LOADER_PHYS_BASE + LOADER_BASE, %esp
+       movl $LOADER_PHYS_BASE + 0x20000, %esp
        movl $LOADER_PHYS_BASE + LOADER_KERN_BASE, %eax
-       jmp *%eax
+       call *%eax
+       jmp panic
 
 ##### GDT
 
index 62e24cada4756dfa5917f74fac03512ce7626ad4..0b771fdb21f6451c008a61a5012124d2e0be9e10 100644 (file)
@@ -5,15 +5,22 @@
 #include "init.h"
 #include "loader.h"
 #include "lib.h"
+#include "list.h"
 #include "mmu.h"
+#include "synch.h"
+
+/* Page allocator.  Hands out memory in page-size chunks.
+   See malloc.h for an allocator that hands out smaller
+   chunks. */
 
 /* A free page owned by the page allocator. */
 struct page
   {
-    struct page *next;  /* Next free page, or null at end of chain. */
+    list_elem free_elem;        /* Free list element. */
   };
 
-static struct page *free_pages;
+static struct lock lock;
+static struct list free_pages;
 static uint8_t *uninit_start, *uninit_end;
 
 void
@@ -25,12 +32,15 @@ palloc_init (void)
      and end of the kernel as _start and _end.  See
      kernel.lds. */
   extern char _start, _end;
-  size_t kernel_pages;  
-  kernel_pages = (&_end - &_start + 4095) / 4096;
+  size_t kernel_pages = (&_end - &_start + 4095) / 4096;
 
   /* Then we know how much is available to allocate. */
   uninit_start = ptov (LOADER_KERN_BASE + kernel_pages * PGSIZE);
   uninit_end = ptov (ram_pages * PGSIZE);
+
+  /* Initialize other variables. */
+  lock_init (&lock, "palloc");
+  list_init (&free_pages);
 }
 
 void *
@@ -38,16 +48,20 @@ palloc_get (enum palloc_flags flags)
 {
   struct page *page;
 
-  if (free_pages == NULL && uninit_start < uninit_end) 
+  lock_acquire (&lock);
+
+  if (!list_empty (&free_pages))
+    page = list_entry (list_pop_front (&free_pages), struct page, free_elem);
+  else if (uninit_start < uninit_end) 
     {
-      palloc_free (uninit_start);
+      page = (struct page *) uninit_start;
       uninit_start += PGSIZE;
     }
+  else
+    page = NULL;
 
-  page = free_pages;
   if (page != NULL) 
     {
-      free_pages = page->next;
       if (flags & PAL_ZERO)
         memset (page, 0, PGSIZE);
     }
@@ -56,6 +70,8 @@ palloc_get (enum palloc_flags flags)
       if (flags & PAL_ASSERT)
         PANIC ("palloc_get: out of pages");
     }
+
+  lock_release (&lock);
   
   return page;
 }
@@ -64,10 +80,13 @@ void
 palloc_free (void *page_) 
 {
   struct page *page = page_;
-  ASSERT((uintptr_t) page % PGSIZE == 0);
+
+  ASSERT (page == pg_round_down (page));
 #ifndef NDEBUG
   memset (page, 0xcc, PGSIZE);
 #endif
-  page->next = free_pages;
-  free_pages = page;
+
+  lock_acquire (&lock);
+  list_push_front (&free_pages, &page->free_elem);
+  lock_release (&lock);
 }
index 5b75e5563ea3795725b88793cbc58049b8f98150..7250e98e64bc64089acc1f4276fc60e7a8da12c7 100644 (file)
@@ -1,10 +1,6 @@
 #ifndef HEADER_PALLOC_H
 #define HEADER_PALLOC_H 1
 
-/* Page allocator.  Hands out memory in page-size chunks.
-   See malloc.h for an allocator that hands out smaller
-   chunks. */
-
 #include <stdint.h>
 
 enum palloc_flags
index d89edd6c8dcad5dcbe9cae5f21c2273c19be1f4d..7b34722777e6ae1beb14cb4b44cc23b633064a7a 100644 (file)
@@ -32,43 +32,52 @@ struct kernel_thread_frame
 
 static void kernel_thread (thread_func *, void *aux);
 
+static struct thread *running_thread (void);
 static struct thread *next_thread_to_run (void);
 static struct thread *new_thread (const char *name);
-static bool is_thread (struct thread *t);
-static void *alloc_frame (struct thread *t, size_t size);
-static void destroy_thread (struct thread *t);
+static void init_thread (struct thread *, const char *name);
+static bool is_thread (struct thread *);
+static void *alloc_frame (struct thread *, size_t size);
+static void destroy_thread (struct thread *);
 static void schedule (void);
 void schedule_tail (struct thread *prev);
 
-/* Initializes the threading system.  After calling, create some
-   threads with thread_create() or thread_execute(), then start
-   the scheduler with thread_start(). */
+/* Initializes the threading system by transforming the code
+   that's currently running into a thread.  Note that this is
+   possible only because the loader was careful to put the bottom
+   of the stack at a page boundary; it won't work in general.
+   Also initializes the run queue.
+
+   After calling this function, be sure to initialize the page
+   allocator before trying to create any threads with
+   thread_create(). */
 void
 thread_init (void) 
 {
+  struct thread *t;
+  
   ASSERT (intr_get_level () == INTR_OFF);
 
+  /* Set up a thread structure for the running thread. */
+  t = running_thread ();
+  init_thread (t, "main");
+  t->status = THREAD_RUNNING;
+
   /* Initialize run queue. */
   list_init (&run_queue);
-
-  /* Create idle thread. */
-  idle_thread = thread_create ("idle", idle, NULL);
-  idle_thread->status = THREAD_BLOCKED;
 }
 
-/* Starts the thread scheduler.  The caller should have created
-   some threads with thread_create() or thread_execute().  Never
-   returns to the caller. */
+/* Starts preemptive thread scheduling by enabling interrupts.
+   Also creates the idle thread. */
 void
 thread_start (void) 
 {
-  struct thread *t = next_thread_to_run ();
-  if (t->status == THREAD_READY)
-    list_remove (&t->rq_elem);
-  t->status = THREAD_RUNNING;
-  switch_threads (NULL, t);
+  /* Create idle thread. */
+  idle_thread = thread_create ("idle", idle, NULL);
+  idle_thread->status = THREAD_BLOCKED;
 
-  NOT_REACHED ();
+  /* Enable interrupts. */
+  intr_enable ();
 }
 
 /* Creates a new kernel thread named NAME, which executes
@@ -180,26 +189,20 @@ thread_name (struct thread *t)
   return t->name;
 }
 
-/* Returns the running thread. */
+/* Returns the running thread.
+   This is running_thread() plus a couple of sanity checks. */
 struct thread *
 thread_current (void) 
 {
-  uint32_t *esp;
-  struct thread *t;
-
-  /* Copy the CPU's stack pointer into `esp', and then round that
-     down to the start of a page.  Because `struct thread' is
-     always at the beginning of a page and the stack pointer is
-     somewhere in the middle, this locates the curent thread. */
-  asm ("movl %%esp, %0\n" : "=g" (esp));
-  t = pg_round_down (esp);
-
+  struct thread *t = running_thread ();
+  
   /* Make sure T is really a thread.
-     If this assertion fires, then your thread may have
-     overflowed its stack.  Each thread has less than 4 kB of
-     stack, so a few big automatic arrays or moderate recursion
-     can cause stack overflow. */
+     If either of these assertions fire, then your thread may
+     have overflowed its stack.  Each thread has less than 4 kB
+     of stack, so a few big automatic arrays or moderate
+     recursion can cause stack overflow. */
   ASSERT (is_thread (t));
+  ASSERT (t->status == THREAD_RUNNING);
 
   return t;
 }
@@ -274,6 +277,20 @@ kernel_thread (thread_func *function, void *aux)
   thread_exit ();       /* If function() returns, kill the thread. */
 }
 \f
+/* Returns the running thread. */
+struct thread *
+running_thread (void) 
+{
+  uint32_t *esp;
+
+  /* Copy the CPU's stack pointer into `esp', and then round that
+     down to the start of a page.  Because `struct thread' is
+     always at the beginning of a page and the stack pointer is
+     somewhere in the middle, this locates the curent thread. */
+  asm ("movl %%esp, %0\n" : "=g" (esp));
+  return pg_round_down (esp);
+}
+
 /* Returns true if T appears to point to a valid thread. */
 static bool
 is_thread (struct thread *t) 
@@ -293,16 +310,22 @@ new_thread (const char *name)
   
   t = palloc_get (PAL_ZERO);
   if (t != NULL)
-    {
-      strlcpy (t->name, name, sizeof t->name);
-      t->stack = (uint8_t *) t + PGSIZE;
-      t->status = THREAD_BLOCKED;
-      t->magic = THREAD_MAGIC;
-    }
-  
+    init_thread (t, name);
+
   return t;
 }
 
+/* Initializes T as a new thread named NAME. */
+static void
+init_thread (struct thread *t, const char *name)
+{
+  memset (t, 0, sizeof *t);
+  strlcpy (t->name, name, sizeof t->name);
+  t->stack = (uint8_t *) t + PGSIZE;
+  t->status = THREAD_BLOCKED;
+  t->magic = THREAD_MAGIC;
+}
+
 /* Allocates a SIZE-byte frame at the top of thread T's stack and
    returns a pointer to the frame's base. */
 static void *
@@ -360,7 +383,7 @@ destroy_thread (struct thread *t)
 void
 schedule_tail (struct thread *prev) 
 {
-  struct thread *cur = thread_current ();
+  struct thread *cur = running_thread ();
   
   ASSERT (intr_get_level () == INTR_OFF);
 
@@ -380,18 +403,17 @@ schedule_tail (struct thread *prev)
 static void
 schedule (void) 
 {
-  struct thread *cur = thread_current ();
+  struct thread *cur = running_thread ();
   struct thread *next = next_thread_to_run ();
+  struct thread *prev = NULL;
 
   ASSERT (intr_get_level () == INTR_OFF);
   ASSERT (cur->status != THREAD_RUNNING);
   ASSERT (is_thread (next));
 
   if (cur != next)
-    {
-      struct thread *prev = switch_threads (cur, next);
-      schedule_tail (prev); 
-    }
+    prev = switch_threads (cur, next);
+  schedule_tail (prev); 
 }
 \f
 /* Offset of `stack' member within `struct thread'.
index 1dfde5ac9b03867f94a545f08cc2a7bb2ac83435..aab1a73902410757eac49b628ecf2e58670bc978 100644 (file)
@@ -35,7 +35,7 @@ struct thread
   };
 
 void thread_init (void);
-void thread_start (void) NO_RETURN;
+void thread_start (void);
 
 typedef void thread_func (void *aux);
 struct thread *thread_create (const char *name, thread_func *, void *);