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2022 年开源操作系统训练营 — wanderya

本次总结为训练营第一阶段总结报告。我主要分为以下两个部分进行总结:

  • rust语言学习
  • rCore实验

    Rust语言学习

我在rust语言学习的过程中主要通过阅读rust语言圣经Rust By Example两本书进行基础知识和相关概念的学习。然后通过rustlingsrust on exercism进行实践练习。

更多相关参考:

Rust设计哲学

  1. 内存安全

    • 类型安全
    • 所有权
    • 借用和生命周期
  2. 零成本抽象

    • C++的实现遵循零开销原则:你不使用的,你不负担成本。更进一步:你使用的,你也没法更优化。
  3. 实用性

Rust语言架构

  1. 混合编程方式:面向对象 + 函数式
  2. 语义: 所有权 + MOVE + COPY + 借用 + 生命周期 + DROP
  3. 类型系统:泛型 + trait + 类型推断 + 一切皆类型 + 多态
  4. 栈 + 堆 + RAII + 安全内存管理

Rust基础知识拾遗

这里的内容放在每日记录里面:rust基础知识拾遗

rCore实验

开发环境如下:

  • 系统: archlinux
  • 工具:Vscode + rust-layzer

Lab0

安装和配置实验环境。一开始打算在windows的WSL2进行实验,但是在一切环境就绪之后,编译运行实验之后遇到一些问题,总是会卡在命令行。因此,为了避免给后续实验增加不必要的麻烦,我将实验环境迁移到了自己使用的archlinux系统上来,好在后续一切顺利。

Lab1

实验目的在于了解系统调用的过程。要求实现一个系统调用 sys_task_info

要求返回一个TaskInfo的数据结构,这个结构包含三个字段信息,第一个是任务状态,第二是任务的系统调用次数,第三就是任务执行时间。

主要思路: 在任务控制模块中加入必要的记录字段,以及增加一些相关信息返回的函数。

Lab2

实验目的在于了解为什么要引入虚拟内存机制。实现引入虚拟内存过后的lab1中的系统调用。以及深入了解进程的地址空间和页表。主要实现sys_mmapsys_unmap两个系统调用。

因为lab1直接在物理地址上进行实现,所以在程序传过来的指针就是他原本的物理地址。但是在引入虚拟内存后,程序传入参数的是一个虚拟地址,故我们应实现虚拟地址到物理地址之间的转换。后面的过程就和lab1相同了。

sys_mmap的实现思路,首先在调用函数中对传入参数进行合法检测,然后处理权限信息。然后我们在每个task中提供mmap的接口,因为task的控制快管理着地址空间的信息,因此,我们在memory_set模块中实现我们最终的mmap的功能,首先检测地址区域的合法性,然后调用insert_framed_area函数把我们的区域分配出来。sys_unmmapmmap类似。

Lab3

这个实验把进程的概念引入进来,对任务进行抽象。引入进程的一个重要原因也是实现隔离。本节主要实现sys_spawn系统调用和简单实现stride调度。

本节的实验难度在代码实现上比lab2还要简单一点,因为spawn的实现可以参考fork等已有的代码。spawn的语义是从父进程中生成一个新的子进程。根据函数签名,我们的实现思路是先把参数中的文件路径中的文件内容解析出来,这里使用已有的get_app_data_by_name。然后把数据传入进程的spawn函数中,实现spawnnew的实现类似,与它不同的是我们还要把当前的进程控制快加到孩子进程队列中。

stride调度实现也比较简单,没有用额外的数据结构,而是在已有的结构中修改,当我们对任务进行调度的时候会调用TaskManager中的fetch,因此对原有的pop方式进行修改,依照提示,遍历整个就绪队列,然后找到最小stride的那个任务,把该任务移出队列并返回。以及每次调度的时候也要对stride进行更新。

Lab4

本实验目的在于了解和熟悉文件系统,实现硬链接的linkunlink,以及获取文件状态的sys_stat系统调用函数。

本节的代码修改主要集中在easy-fs的文件系统上,所以了解该系统的构造是必须的。首先可以忽略掉文件系统的底层,因为链接的修改在文件的inode上,所有我们需要关注Inode的修改。由于我们只实现了单层的目录,所以只在root下实现link和unlink即可,故link的实现思路是参考create函数,对目录进行扩容,找到old_name的那个inode, 然后根据这个inode创建一个新的entry,写入磁盘。 unlink的实现思路也是在root目录下遍历找到目标文件名,写入一个空的entry即可。

在实现sys_stat的时候,有三个信息需要返回,(inode id, mode, nlink). inode id的获取参考get_disk_inode_pos, 将其反过来便是我们要求的inode id。 nlink的获取在本实验很简单,因为我们是在单层的root目录中,那么我们只要遍历root目录的所有entry,然后对满足inode的entry计数即可。另外一种思路就是在DiskInode中新增一个nlink字段,记录inode的引用信息,不过要注意保持整个结构的大小不变。

Lab5

引入多线程概念,将调度单位抽象成线程。实验要求实现死锁检测。

按照提示实现银行家算法,资源可以是互斥量,信号量。