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2024 秋冬季开源操作系统训练营第一 & 二阶段总结 - 冰轩

前言

这次加入训练营的前因来自于两位朋友曾断断续续提到了 rCore,以及这个与 rCore 有关的 OS 训练营。

关于 Rust,我曾抱着将信将疑的态度。在社交媒体上关于此的风评给我的感受来讲,就好像万物皆可被该语言重写,这个语言能解决一切编程问题。而包括这种偏见在内等原因,我却没有对 Rust 有太多了解。

而至于 OS,我曾因观看过蒋炎岩的 OS 课程而对 OS 略知一二,但却一拖再拖,因各种原因没有完整的学完全部课程以及做完 labs。

我想,是时候改变这一切了。我最终报名加入了进来。

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PT1. 初次上手 Rust 与 Rustlings

在报名之后,接下来的第一个任务便是完成 Rustlings 全部 110 道题目,以此形成对 Rust 初步的认识。Rust 的基础语法适应起来很快,但是最重要的还是适应 Rust 最核心的 borrow,所有权等一系列与 RAII 相关的设计。虽然碍于 Rustlings 篇幅受限,我没能完整掌握这方面,不过这部分知识还是在 rCore 的实验中补回来了的。

最终,我成功完成了全部的 rustlings 题目,并晋级至重要的下一阶段——rCore。

PT2. rCore 之旅

接下来要完成的,便是相对而言更为重要的 rCore。一路上磕磕绊绊不少,但还是完成了挑战。

首先是 Lab1,Lab1 的任务主要是理清 rCore 原有的代码结构。我在刚看到 rCore 的框架代码的时候,老实讲的确会感觉无从下手。不过,在我花上一段时间了解原本的代码结构,理解调度部分的实现后,就没感觉问题很大了。这中间有个小插曲–由于我一开始看错了题目,我一开始以为 syscall_times 部分记录的是每次 syscall 调用时对应进程运行的时间,但是后来发现其实是每种 syscall 调用的次数。

接下来是 Lab2。因为 Lab2 的框架代码已经提前实现了多种用于内存管理的 struct,我最开始的想法是直接在内存的 PTE 上做文章。但我后续发现,在不对框架原有分配部分不做出大变动的情况下,这种想法似乎并不可行。我好像又有点手足无措,不过思考过后,我最终想到遍历 MemorySet 中全部 MapArea 区间计算并调整区间的方案,总算实现了 map 和 unmap 的 syscall。

Lab2 中重写 sys_get_timesys_task_info 的部分就相对容易些,我实现的方案是按照对应函数所需返回值的大小,对于每个可能包含该变量的虚拟页,反查用户空间对应的物理页,并从内核 0x10000 虚拟页处开始分配虚拟页表然后 map 到对应的物理页。Lab2 原本这部分的实现实际上每次 map 后都不会 unmap 掉, 而是在接下来继续 map 的时候从上一次分配的末尾处 map。但在后面的 Lab 中,由于分配量超出预期,从而会导致其尝试 map 已经在别处分配了的 PTE。到问题发现之后,我添加了 unmap 部分,并使分配都从 0x10000 开始,以此解决了问题。

随后便是 Lab3,相对而言其实还算简单,stride 部分只需要参照题目描述实现。而至于 spawn 部分,可以参照已实现的 fork 与 exec 部分,这样照葫芦画瓢也同样能较为轻松的实现出来。

而接下来的 Lab4,由于项目结构又一次进行了变化,引入了一个新的 easy-fs 库,从而又感到了和刚进行 Lab1 时,没法理解代码结构时的头疼。而在进行 Lab4 的过程中,因为不知为何导致的死锁,我又一次头疼不已,甚至一度想放弃。好在最后因为 Rust RAII 的特性,通过封装一层函数的方式,将某个我并不知情的引用自动 drop 掉,才最终解决了问题。

最后,到了 Lab5,rCore 阶段要结束了。虽然这次我并没有选择将检测死锁的部分独立拆分为单独的 crate,但这部分仍然先在裸机上开发,完成后再移植进内核。由于是直接在裸机上开发,整体调试起来也会方便很多。不过话虽如此,在刚开始的时候,由于我开始进行 Lab5 的时间早于这次线程相关课程的上课时间,且题目没有详尽地描写检测死锁的算法,以及对算法的不熟悉,导致我在这里卡住了很久没有进展。不过最后,我确定了题目给出的算法为 Dijkstra 的银行家算法,在不断的了解这个算法后,最终完成了 Lab5。

至此,一锤定音。

尘埃,已然落定。