第一阶段

第一个阶段是通过 Rustlings 练习 Rust 语言的基础知识，包括变量、函数、所有权等等。在这一阶段, 我更加深入地了解了 Rust 的一些基础概念，比如所有权、生命周期等等。在这一阶段的学习中, 我发现通过 debug 的方式来学习一门编程语言和熟悉其语法是非常有效的。这能够让我更深入的去思考一些语言设计的原因，而不是简单地记住一些规则。

在学习 Rust 的过程中，我发现 Rust 的所有权机制和生命周期机制是 Rust 的核心特性，也是 Rust 与其他语言最大的不同之处。这也是我认为 Rust 是一门非常有意思的语言的原因之一。所有权机制能够让我将每一个值看作绑定, 而非变量, 这种思维方式让我感觉非常新鲜, 也让我能够更多地将注意力放在程序的逻辑上, 而非内存管理上。生命周期机制则是 Rust 的一种保证, 保证了程序的安全性, 同时也能有效的避免 C/C++ 中的一些内存问题, 比如野指针、内存泄漏等等。

在后续的日常开发过程中，我应该会尝试使用 Rust 做为我的首选语言，因为我觉得 Rust 的所有权机制和生命周期机制能够让我写出更加安全、高效的代码。

第二阶段

第二个阶段是通过为 rcore 添加一些简单的 feature 来熟悉操作系统的基本概念和相关实现。在这一阶段，我更加深入地了解了操作系统的一些基本概念，比如中断、虚拟内存、系统调用、文件系统等等。在这一阶段的学习中，我发现通过实践来学习操作系统是非常有效的。这能够让我更加深入地理解操作系统的一些基本概念。对于模糊的概念，我可以直接看到它们的实现，这让我能够更加直观地理解这些概念，也能更深入的思考这些设计的原因。

在这一阶段，我的感受是操作系统是一个非常庞大的系统，其中涉及到的知识点和细节非常多，但同时操作系统对各组件的抽象也非常清晰。只要理解了这些抽象，将各组件串联起来也并不是一件非常困难的事情。

lab1总结

实验一相对简单。由于尚未实现页表，内核地址空间可以直接访问用户态地址空间，因此系统调用的实现只需直接返回用户态地址即可。此外，为了确保后续实验中的测试通过，建议使用高精度的 get_time_us 获取时间，避免因时间精度不足导致错误。至于统计系统调用次数，可以在 syscall 函数执行时进行更新。若需获取系统第一次调用的时间，则需修改 run_first_task 和 run_next_task。

lab2总结

与实验一不同的是，实验二中需要实现页表。因此，之前的系统调用逻辑需要重构。内核必须找到传递参数的实际物理地址，并在该地址进行读写操作。

此外，实验要求实现两个新的系统调用：mmap 和 munmap。这两个调用涉及一段连续地址，因此需要检查该地址范围是否完全未映射或已映射。mmap 负责插入页面，而 munmap 则用于删除页面。

lab3总结

在实验三中，首先需要将之前实验的代码引入本次实验。如果之前的代码有问题，本次实验的测试通常也无法通过。

本次实验的核心是实现 spawn 和 stride 调度算法。spawn 并非简单的 fork + exec，因此在实现前需充分理解其语义。可以借助 fork + exec 的部分代码来调整 TCB 数据结构至目标状态。

stride 是一种进程调度算法，由于本次实验示例较简单，按照教程步骤实现即可完成。

lab4总结

相比之前的实验，实验四的难度有所增加。首先，需要确保兼容之前的代码。一开始 spawn 的兼容性问题导致多次报错，最终通过重新实现 spawn 才解决。

此外，还需注意可能出现的死锁问题。由于某些函数（如 find 和 create）对文件系统加锁，不能直接调用它们，而是需要将其实现逻辑拷贝并进行调整。

最后是 unlink 的目录项删除操作。在找到目标目录项后，需要更新内容。采用了群里分享的方法：删除原目录项后，将内容重新拷贝过去。

lab5总结

实验五的任务是实现一个死锁检测算法，类似于银行家算法。但教程中的描述较为模糊，许多细节未明确说明。因此，需要仔细分析各个细节。sem 和 mutex 的实现思路基本相同。另外，sys_get_time 的实现必不可少，否则某些测试实例会出现死锁。

总结
总体来说，这些实验内容并不复杂，涉及的概念较为基础。但由于是第一次接触 Rust 并使用它编写操作系统，对我而言是一次新奇的体验。实验的主要难点在于 Rust 的使用上。此外，教程的部分内容并不完善，例如死锁检测算法的部分解释得较为模糊。若不是群里有人提到类似银行家算法，我很可能难以理解。因此，希望教程能进一步完善文档内容，帮助更多初学者。

前言

从零基础开始学习 Rust，通过 Rustlings 逐步入门。Rust 作为一门编程语言，以其优秀的内存安全和高性能设计而闻名，非常值得深入学习。

个人感悟

通过 Rustlings 学习了 Rust 的基础语法、数据结构、所有权和引用等核心概念，初步掌握了编写 Rust 程序的基本能力。在接下来的 rCore 学习中，通过实践进一步深化了对 Rust 编程的理解。这种从基础到实践的学习方式非常高效。未来还需要通过更多项目积累，不断提升 Rust 编程能力以及对操作系统的理解。

Rust 的所有权机制是学习过程中最具挑战的部分。变量所有权的转移、引用的使用，以及 Copy 和 Clone 等特性的分析，都需要反复实践和大量代码积累，才能在实际编写 Rust 代码时得心应手。

第一阶段

是我第四次学习 Rust 编程语言，第一次看 course.rs，第二次用 rust 刷 leetcode，第三次刷 rustlings，第四次再刷了这里的 rustlings。每一次学完后总是不知道学到了什么，脑袋空空，但实际上写的时候，体验在逐渐变好。可能还是留下了些什么东西，只是没有察觉到。

不知道这次留下的东西能持续多久。

Rust 很有特点，枚举变量和模式匹配相得益彰，所有权机制比 std::move 舒服了不少，生命周期让我似懂非懂，trait 很有意思，宏看不明白，并发和异步根本没看。

Rustlings 比官网多了很多东西，例如后面的算法题。数据结构那一块，实在找不到什么优雅的方式来实现移动，应该是学的东西太少了；前几个题目对 copy trait 进行了滥用。后面的倒是简单，不涉及什么 Rust 独有的特性，如果会用其他语言写，那么这里就会写。

相关资料：course.rs，the book，rust by practice

第二阶段

rCore 是一个的小内核，长得像 xv6，基于 riscv ISA 和 RustSBI。

前面几章的内容大同小异，主要是熟悉操作系统的基本概念，例如内存分页管理。文件系统章节需要对 easyfs 有基本了解，这一点通过阅读 guide book 可以达到。

死锁检测算法很新颖，是 xv6 里面没有的内容，一直以来，只学过算法，没考虑过要怎么把这个东西切实地加进内核里面，现在又多知道了一点点，还是有不少收获。

测试用例很弱，可以轻度 hack。

第一阶段总结

1年前开始学习rust，初衷是了解一门操作系统级别的开发语言(深入了解，作为工作语言那种)。并为此写了系列的微信公众号文章《拥抱未来语言Rust》并在社区取得了不错的反响，感兴趣的可以微信公众号搜索“三角兽”，欢迎关注。
rust作为一门系统级语言，拥有高性能的同时还具有高安全性，基于RAII风格自动资源管理，避免了很多内存安全问题(这也是吸引我学习的主要原因)。本次比赛是我第一次参加的系统级比赛，通过比赛，夯实了对rust语言的理解，包括：所有权，作用域，生命周期，智能指针等。非常有意义，在此感谢主办方！

第二阶段总结

一直以来对OS非常感兴趣，本次通过身临其境的“代码调试”，熟悉了整个项目架构，并对OS有了进一步的深刻认识。在调试过程中不仅熟悉了OS，还对Rust语言有了更深入的认识。第二阶段的操作系统实现基于RISC-V指令集，之前没有了解过RISC-V，因此看汇编语言会有些头痛，但结合RISC-V手册加上AI的辅助，理解这些汇编代码完全没有问题。
通过第二阶段的学习，破除了一直以来对操作系统底层实现机制的迷雾，那层隔阂在应用开发人员心底的对操作系统的朦胧自此打破，世界上没有彩蛋，只有认识盲区，破除这些盲区，就是扩大自己的认知，增加自己的技术自信。后面打算写系列的博客来总结、分享操作系统，影响更多的人来学习操作系统。

下面是第二阶段各个实验的总结，重要的知识点我都画成了流程图，希望帮到需要的人。

lab1

这是第一个实验，整体难度不大，通过print打印信息调试，一天过关。

lab2

地址空间映射这一章知识密度较高，反复看了几遍才基本弄懂，调试代码陆陆续续调试了3天。(还是太菜，菜就多练！)

简单总结下本章：在开启分页SV39分页之前，OS和都是直接访问物理地址，这给系统带来很多潜在的安全隐患，例如地址空间未隔离等。开启分页模式后，OS和用户代码中就都是虚拟地址了，需要通过页表和MMU进行转换，并且页表上的属性区分出了U和S，进行了权限和空间的隔离，分别在特权级和地址空间上保证了OS内核的安全，同时也保证了用户程序之间相互隔离，彼此空间不会重叠。(虚拟空间可以重叠，但通过页表映射后通常是隔离的，有种特殊情况是通过映射到相同的物理也实现内存共享)

另外为了OS在开启分页后能平滑的访问，对于OS采用的是恒等映射(虚拟页号=物理页帧)。而对于用户程序通常采用Framed映射，通过栈式页帧分配器分配页帧并和虚拟页号建立映射关系，动态生成页表及页表项，实现物理页帧的按需分配。

另外一个比较好的抽象是地址空间MemorySet，它作为任务的一部分，管理着页表及和逻辑区。在实现采用了RAIL机制，加上rust的所有权及drop trait自动实现页表项的释放。

lab3

sys_spawn第一版实现测试通过，但是到实验4发现实现有问题，然后修改为exec+fork的方式完成。

lab4

文件系统章节是我花时间最多的一个章节，时间主要花在了对文件系统的理解上，看源码也费了些时间。将细节通过在线文档整理如下图所示：

lab5

死锁检测可以基于银行家算法实现，参考Wiki

总结

一直以来对OS非常感兴趣，通过本次的“代码调试”，熟悉了整个项目架构，并对OS有了进一步的深刻认识。在调试过程中不仅熟悉了OS，还对Rust语言有了更深入的认识。
本次实现的功能是打印任务信息：系统调用及调用次数，运行时间。
整体思路：在syscall入口处调用set_task_info方法。每调用一次系统调用，更新一次syscall_times和time。
踩的坑：需要注意Rust结构体与C结构体的区别，Rust编译器会对Rust中的字段进行重排序，以达到优化存储的目的。在OS中的结构体和user中的结构体字段要保持一致，否则会蛋疼:(
另外附图一张，表示我曾用心学习:)

第一题

应用分别出现：

• PageFault in application, bad addr = 0x0 bad instruction = 0x804003a4 , kernel killed it.
• IllegalInstruction in application, kernel killed it.
  使用的sbi版本是：RustSBI version 0.3.0-alpha.2

第二题

1.刚进入__restore时，a0代表kernel stack pointer ， restore的两种使用场景：a.trap 恢复 b.创建新任务

2.处理了sstatus sepc sscratch。sstatus用于指定返回的特权级(SPP字段)；sepc用于指定返回后执行哪条指令；sscratch存储着用户栈地址，U态程序要执行必须正确找到U态的栈地址。

3.application不会使用x4;x2已经被交换到了sscratch代表着用户栈指针

4.sp指向user stack , sscratch 指向kernel stack

5.__restore总状态切换在csrw sstatus,t0这行指令，sstatus中的SPP字段记录了陷入前的特权级，csrw sstatus,t0执行后，恢复到用户特权级。最后的指令sret ，指令返回用户程序，原因是该指令会从sepc中读取指令地址，并赋予pc寄存器，而U态的栈等已恢复好，sret临门一脚，步入U世界。

6.指令之前sp -> user stack , sscratch -> kernel stack ;指令后sp -> kernel stack, sscratch -> user stack。指令进入内核运行。并且用sscratch保存着U态的栈地址，从内核态返回即可用sscratch恢复用户态栈指针。

7. csrrw sp,sccratch, sp是程序从U态进入S态的关键指令，sp指向内核栈。

荣誉准则

1. 在完成本次实验的过程（含此前学习的过程）中，我曾分别与 以下各位 就（与本次实验相关的）以下方面做过交流，还在代码中对应的位置以注释形式记录了具体的交流对象及内容：
   无

2. 此外，我也参考了 以下资料 ，还在代码中对应的位置以注释形式记录了具体的参考来源及内容：

   我的参考资料：rCore-Tutorial-Book-v3

3. 我独立完成了本次实验除以上方面之外的所有工作，包括代码与文档。 我清楚地知道，从以上方面获得的信息在一定程度上降低了实验难度，可能会影响起评分。

4. 我从未使用过他人的代码，不管是原封不动地复制，还是经过了某些等价转换。 我未曾也不会向他人（含此后各届同学）复制或公开我的实验代码，我有义务妥善保管好它们。 我提交至本实验的评测系统的代码，均无意于破坏或妨碍任何计算机系统的正常运转。 我清楚地知道，以上情况均为本课程纪律所禁止，若违反，对应的实验成绩将按“-100”分计。

荣誉准则

1. 在完成本次实验的过程（含此前学习的过程）中，我曾分别与 以下各位 就（与本次实验相关的）以下方面做过交流，还在代码中对应的位置以注释形式记录了具体的交流对象及内容：
   无

2. 此外，我也参考了 以下资料 ，还在代码中对应的位置以注释形式记录了具体的参考来源及内容：

   我的参考资料：rCore-Tutorial-Book-v3

3. 我独立完成了本次实验除以上方面之外的所有工作，包括代码与文档。 我清楚地知道，从以上方面获得的信息在一定程度上降低了实验难度，可能会影响起评分。

4. 我从未使用过他人的代码，不管是原封不动地复制，还是经过了某些等价转换。 我未曾也不会向他人（含此后各届同学）复制或公开我的实验代码，我有义务妥善保管好它们。 我提交至本实验的评测系统的代码，均无意于破坏或妨碍任何计算机系统的正常运转。 我清楚地知道，以上情况均为本课程纪律所禁止，若违反，对应的实验成绩将按“-100”分计。

总结

地址空间映射这一章知识密度较高，反复看了几遍才基本弄懂，调试代码陆陆续续调试了3天。(还是太菜，菜就多练！)
简单总结下本章：在开启分页SV39分页之前，OS和都是直接访问物理地址，这给系统带来很多潜在的安全隐患，例如地址空间未隔离等。开启分页模式后，OS和用户代码中就都是虚拟地址了，需要通过页表和MMU进行转换，并且页表上的属性区分出了U和S，进行了权限和空间的隔离，分别在特权级和地址空间上保证了OS内核的安全，同时也保证了用户程序之间相互隔离，彼此空间不会重叠。(虚拟空间可以重叠，但通过页表映射后通常是隔离的，有种特殊情况是通过映射到相同的物理也实现内存共享)

另外为了OS在开启分页后能平滑的访问，对于OS采用的是恒等映射(虚拟页号=物理页帧)。而对于用户程序通常采用Framed映射，通过栈式页帧分配器分配页帧并和虚拟页号建立映射关系，动态生成页表及页表项，实现物理页帧的按需分配。

另外一个比较好的抽象是地址空间MemorySet，它作为任务的一部分，管理着页表及和逻辑区。在实现采用了RAIL机制，加上rust的所有权及drop trait自动实现页表项的释放。

第一题

最低的位则是标志位，它们的含义如下：
仅当 V(Valid) 位为 1 时，页表项才是合法的；
R/W/X 分别控制索引到这个页表项的对应虚拟页面是否允许读/写/取指；
U 控制索引到这个页表项的对应虚拟页面是否在 CPU 处于 U 特权级的情况下是否被允许访问；
G 全局页表项。这意味着即使是在上下文切换（例如，进程切换）之后，该页表项也不会被冲洗（flushed）或失效。简而言之，G位用于指示页表项在地址空间的多个上下文中保持有效。
A(Accessed) 记录自从页表项上的这一位被清零之后，页表项的对应虚拟页面是否被访问过；
D(Dirty) 则记录自从页表项上的这一位被清零之后，页表项的对应虚拟页表是否被修改过。

第二题

荣誉准则

1. 在完成本次实验的过程（含此前学习的过程）中，我曾分别与 以下各位 就（与本次实验相关的）以下方面做过交流，还在代码中对应的位置以注释形式记录了具体的交流对象及内容：
   无

2. 此外，我也参考了 以下资料 ，还在代码中对应的位置以注释形式记录了具体的参考来源及内容：

   我的参考资料：rCore-Tutorial-Book-v3

3. 我独立完成了本次实验除以上方面之外的所有工作，包括代码与文档。 我清楚地知道，从以上方面获得的信息在一定程度上降低了实验难度，可能会影响起评分。

4. 我从未使用过他人的代码，不管是原封不动地复制，还是经过了某些等价转换。 我未曾也不会向他人（含此后各届同学）复制或公开我的实验代码，我有义务妥善保管好它们。 我提交至本实验的评测系统的代码，均无意于破坏或妨碍任何计算机系统的正常运转。 我清楚地知道，以上情况均为本课程纪律所禁止，若违反，对应的实验成绩将按“-100”分计。

实验总结

文件系统章节是我花时间最多的一个章节，时间主要花在了对文件系统的理解上，看源码也费了些时间。将细节通过在线文档整理如下图所示：

问答作业

Root Inode 的作用：
文件系统的入口点：在类 Unix 文件系统中，root inode 是文件系统层次结构的根，即 / 目录。它是访问文件系统其余部分的起始点。
存储目录信息：root inode 存储了根目录下的文件和子目录的元数据，例如它们的名称、inode 编号、文件类型（文件或目录）等。
维护文件系统结构：root inode 作为文件系统结构的起点，确保了整个文件系统的组织性和可访问性。
权限控制：root inode 还包含了访问权限信息，用于控制对根目录及其下内容的访问。
如果 Root Inode 损坏：
如果 root inode 中的内容损坏，可能会发生以下情况：

无法访问文件系统：由于 root inode 是访问文件系统的入口，如果它损坏，可能会导致整个文件系统无法挂载，用户无法访问任何文件或目录。
数据丢失：虽然文件数据可能仍然存储在磁盘上，但如果 root inode 损坏，系统可能无法定位这些数据，导致数据看似丢失。
文件系统损坏：文件系统的元数据完整性对于文件系统的健康至关重要。root inode 损坏可能导致文件系统元数据不一致，进而导致整个文件系统损坏。
恢复困难：恢复损坏的 root inode 可能非常困难，可能需要专业的数据恢复工具和专业知识。

荣誉准则

1. 在完成本次实验的过程（含此前学习的过程）中，我曾分别与 以下各位 就（与本次实验相关的）以下方面做过交流，还在代码中对应的位置以注释形式记录了具体的交流对象及内容：
   无

2. 此外，我也参考了 以下资料 ，还在代码中对应的位置以注释形式记录了具体的参考来源及内容：

   我的参考资料：rCore-Tutorial-Book-v3

3. 我独立完成了本次实验除以上方面之外的所有工作，包括代码与文档。 我清楚地知道，从以上方面获得的信息在一定程度上降低了实验难度，可能会影响起评分。

4. 我从未使用过他人的代码，不管是原封不动地复制，还是经过了某些等价转换。 我未曾也不会向他人（含此后各届同学）复制或公开我的实验代码，我有义务妥善保管好它们。 我提交至本实验的评测系统的代码，均无意于破坏或妨碍任何计算机系统的正常运转。 我清楚地知道，以上情况均为本课程纪律所禁止，若违反，对应的实验成绩将按“-100”分计。