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2023秋冬OS训练营第二阶段总结-描边大叔

写在前面

接触到 rust 断断续续有两年的时间了,始终相信它是未来编程语言的方向(虽然我不是程序,只是一只菜鸡)。没有正经用 rust 去做过项目,参加训练营是机缘巧合,满足了我一直以来的需要:一是给自己一个机会训练 rust 的实际运用。二是本身是 linux 爱好者,使用 linux 超过 20 年,想深入了解一下操作系统的组成及运作原理。

一阶段总结

之前对 rust 的关注,还是带了起手的优势,一阶段完成得比较顺利。印象深刻的是clippy3这样,大家踩的坑都踩过。目前看题目的要求是程序能按设计的逻辑正确实现,而不仅仅是设置属性宏让编译能通过。

二阶段总结

二阶段对我而言几乎是全新的知识。以学习为目的,尽量在理解清楚的基础上做题。题目的完成也以通过测试为目的,未考虑错误处理等等细节。

ch1 & ch2

这两章从应用执行环境说起,引入了程序执行环境和特权级切换这两个基础概念。第二章的批处理系统和后续的操作系统,本身的角色就是在硬件和应用直接充当桥梁的角色。用 M 态抽象硬件的能力,用 S 态提供接口,供 U 态的应用调用。

开始阶段研究了一下实验环境在我的 Gentoo Linux 下执行的可能性,做过一些改动来适配。事实证明,直到目前为止( ch5 )都能正常运行。具体过程记录在 我的准备工作【腾讯文档】Qemu常见问题Q&A 的第 2 ~ 4 个问题。

ch3

题目要求:实现 sys_task_info 系统调用,统计任务信息:包括状态、当前任务所用到的系统调用ID及对应的调用次数,任务开始到目前为止的时长(只考虑开始到现在的时长)

思路

  1. task只会以两种方式开始执行,run_first_task 或run_next_task,只在一个地方退出:mark_current_exited。所以在任务开始时保存当时的时间,退出的时候再取一次时间,二者的差就是当前任务的运行时长。
  2. 系统调用最终都是通过 sys_call 进行调用,它的入参就有该次调用的 syscall_id 只需要在这里统计当前任务的系统调用 ID和次数即可。

小结

具体实现时为了不影响正在执行的任务,直接从当前任务的 TaskInfo 中克隆了它的副本来计算目前为止的运行时间,应该可以有更优的方式。

ch4

个人觉得是前三个里面最难的,内存管理的部分非常抽象并有一定复杂度。主要是实现 map 和 unmap 功能,能让应用正常申请释放内存。

思路

  1. map 时需要遍历当前 task 的 MemorySet.areas,从而判定需要分配的虚拟地址范围 start ~ start + len 有没有跟 areas 里面的 某个 area 有重叠,如果没有,才能创建新的 MapArea,并将它推入 MemorySet.areas。 最后这步不能忘记!

  2. 因为 map 的机制,areas 中不会出现部分重叠的区域,所以 unmap 的时候,找到的 area 的 范围和 start ~ start + len 一定是重合的。还有就是记得要将它从 areas 中移除。

  3. map 和 unmap ,start ~ start + len 覆盖的虚拟和物理地址页面都可能不止一个

小结

理解映射关系花了很多时间和心思,最后总结的结果是:map 时,经过一系列检查,先创建了一个 area,此时它的 VPNRange 是 start ~ start + len, 但 data_frames 还是空的,直到我们将它 push 到 MemorySet.areas 时,在 push 函数的实现里,才为每个vpn 分配了一个 ppn ,并将二者的映射插入到 data_frames 中,完成映射。unmap 时我采取的方法是直接遍历 area.vpn_range, 将 vpn 和 ppn 的映射关系断开,然后从 MemorySet.areas 中去掉当前的area,被分配的物理节点会在映射断开时自动释放,area 在从 areas 中移除后,也会自动被释放,从而完成 unmap 操作。

ch5

相对ch4, 这个让人稍微能缓缓。

思路

spawn 的实现,在提示里面已经给出了,可以参考 fork + exec。区别就是建立 MemorySet 时,改成从 path 读取,最后按照 exec 的方式来设置 trap_cx。

stride 调度算法仅仅只是过关。实现了当 priority 变化时,重新 设置当前任务的 stride。 在 task 管理中,添加任务时根据 stride 添加到适当的位置。当 pop_front 取任务时,自然就取到最小的。没有考虑溢出或其他情况。

小结

Stride 考虑溢出的话会更公平,调度队列考虑使用 BtreeMap,利用它的天然有序性,以 stride 为 key,应该表现会更好。

未完待续