Project 02: Implementing a simple kernel-level thread

Operating System

Due date
2025. 05. 28. 23:59

Overview 개요

• 이 프로젝트는 xv6 운영체제에서 커널 수준 스레드(kernel-level thread)의 단순화된 버전을 구현하는 것이다.
• 커널 수준 스레드는 하나의 프로세스가 여러 실행 컨텍스트(레지스터 상태, 스택)를 가지면서 주소 공간, 파일 descriptor 등의 자원을 공유하는 구조를 가능하게 한다.

Key Implementation Requirements 핵심 구현 요구사항

• 새로운 시스템 호출 clone()을 구현해 새로운 커널 수준 스레드를 생성
• 새로운 시스템 호출 join()을 구현해 커널 수준 스레드 종료 대기
• 사용자 수준 라이브러리 함수 thread_create()와 thread_join()을 작성하여 위 시스템 호출을 감쌈
• kernel/proc.c 내의 관련 함수들을 수정하여 커널 수준 스레드가 올바르게 동작하도록 할 것

Special Characteristics 특성

이 xv6 커널 수준 스레드는 기존의 일반적인 스레드와 다음과 같은 차이점이 있다

• 각 스레드는 clone 시점에 부모 프로세스의 파일 descriptor 테이블을 복사하여 소유한다
• 메인 스레드가 exit()을 호출하면 모든 스레드가 종료된다 (프로세스 전체 종료)
• 어떤 스레드라도 exit()을 호출하면 해당 스레드는 종료된다
• proc 구조체를 스레드 제어 블록(TCB)로 재사용할 수 있다

API Details: System calls 시스템 콜

int clone(void(*fcn)(void*, void*), void *arg1, void *arg2, void *stack);

• 프로세스의 주소 공간을 공유하는 새로운 커널 수준 스레드를 생성
• fcn: 스레드가 실행할 함수
• arg1, arg2: 스레드에 전달될 인자
• stack: 스레드 사용자 공간의 스택 (페이지 정렬 필요, 최소 1 페이지 이상)
• 성공 시 새 스레드의 PID 반환, 실패 시 -1 반환

int join(void **stack);

• 자식 스레드가 종료될 때까지 대기
• stack: 종료된 스레드의 스택 주소를 저장할 포인터
• 성공 시 종료된 스레드의 PID 반환, 실패 시 -1 반환

API Details: User Library Functions 사용자 라이브러리 함수

• user/thread.h와 user/thread.c에 구현
• Makefile에 thread.o를 추가하여 링크
• int thread_create(void (*start_routine)(void *, void *), void *arg1, void *arg2);
  • 스택과 clone을 위한 메모리 할당
  • 새 스레드의 PID 반환 또는 -1 반환
• int thread_join();
  • 종료될 스레드를 기다리고 해당 스택을 해제
  • 종료된 스레드의 PID 반환 또는 -1 반환

System Call Modifications 시스템 콜 수정

• 다음 시스템 호출들이 스레드와 함께 정상 작동하도록 보장해야 함

  • fork: 스레드도 주소 공간을 복사해서 정상적으로 호출되어야 함
  • exec: 모든 스레드를 정리하고 새 프로세스를 시작
  • sbrk: 여러 스레드가 메모리를 안전하게 할당 가능해야 함
  • kill: 종료되는 스레드가 모든 스레드를 함께 종료시켜야 함
  • sleep: 호출한 스레드에만 영향을 미쳐야 함
  • pipe: 모든 스레드가 화면에 출력할 수 있어야 함

Tips for Development 개발을 위한 팁

• 기본 xv6 스케줄러(라운드 로빈)를 그대로 사용

• xv6의 fork, exec, exit, wait 코드를 면밀히 분석

• 경쟁 조건 방지를 위해 적절한 잠금 사용

• Resource 누수를 방지하기 위해 적절한 해제 및 메모리 관리 수행

• Thread와 process의 차이를 명확히 이해할 것

  • 어떤 자원이 공유되고 어떤 자원이 독립적인지 주의 깊게 구분
  • 이 프로젝트에서 제공되는 기본 코드는 이미 일부 변경된 코드이며, 그 변경 내용을 위키에 문서화해야 함

Wiki 위키

• Design: 요구사항 충족을 위한 구현 접근 방식 설명
• Implementation: 주요 코드 수정 및 그 목적 설명
• Results: 구현 결과 증거 제시 (컴파일 로그, 실행 화면, 프로그램 설명 등)
• Troubleshooting: 문제 상황과 해결 과정 서술
• Additional content: 필요 시 관련 자료 포함 가능

Evaluation 평가

• Completeness: xv6 시스템이 사양에 맞게 정상 작동해야 함

• Wiki & Comment Grading: 위키 문서화 품질도 평가에 반영됨. 최대한 상세히 작성할 것

• Deadline: 마감 기한 엄수. 마감 후에는 GitHub 쓰기 권한이 철회됨

  • 공유하거나 복사하지 마시오!

Submission 제출

• GitHub를 통해 코드와 위키를 제출
  • 공지사항 참조하여 새 레포지토리 생성
  • 레포지토리 이름은 project02-[student ID]로 설정
  • 위키 파일 이름: 05_project02_[class number]_[student ID].pdf
• 제출 마감일: 2025년 5월 25일 23:59
  • 마감일 이후 2025년 5월 26일 23:59까지 이메일 제출 가능. 단, 점수의 50%만 인정함.