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2022年哈尔滨工业大学(深圳)《操作系统》课程实验的xv6实验部分 | xv6 labs of the course "Operating System", HITSZ, 2022.

MIT LicenseMIT

2022_HITSZ_xv6-labs

哈尔滨工业大学(深圳)2022年秋季学期《操作系统》课程实验的 xv6-labs 部分(改编自 MIT-6.S081-2020 的课程实验)

MIT 原版实验代码的获取:

git clone git://g.csail.mit.edu/xv6-labs-2020

各实验代码的实现位于其它分支下,均已通过所要求的全部测试(部分实验要求与 MIT 原版实验略有不同)。

实验内容简介

LAB1:XV6与UNIX实用程序

对应分支: util

需要实现5个Unix实用程序,包括:

  • 了解xv6上用户程序sleep的实现。sleep程序会等待用户指定的时间。
  • 实现pingpong程序,即两个进程在管道两侧来回通信。父进程将“ping”写入管道,子进程从管道将其读出并打印<pid>:received ping,其中<pid>是子进程的进程ID。子进程从父进程收到字符串后,将“pong”写入另一个管道,然后由父进程从该管道读取并打印<pid>:received pong,其中<pid>是父进程的进程ID。
  • 使用管道实现“质数筛选”,输出2~35之间的所有质数。
  • 实现用户程序find,即在目录树中查找名称与字符串匹配的所有文件,输出文件的相对路径。
  • 实现用户程序xargs,即从标准输入中读取行并为每行运行一次指定的命令,且将该行作为命令的参数提供。

LAB2:系统调用

对应分支: syscall

  • 任务一:系统调用信息打印
    • 需要在xv6加入具有跟踪功能的trace系统调用。它可以打印系统调用信息,来帮助在之后的实验中进行debug。
  • 任务二:添加系统调用sysinfo
    • 需要加入一条新的系统调用sysinfo。该系统调用将收集xv6的一些运行信息。sysinfo只需要一个参数,这个参数是结构体sysinfo的指针。xv6内核的工作就是把这个结构体填上应有的数值。

LAB3:锁机制的应用

对应分支: lock

  • 任务一:内存分配器
    • 修改内存分配器(主要修改kernel/kalloc.c),使每个CPU核使用独立的内存链表,而不是现在的共享链表。
  • 任务二:磁盘缓存
    • 在访问文件数据的时候,操作系统会将文件的数据放置在磁盘缓存中。磁盘缓存是不同进程之间的共享资源,因此需要通过锁确保使用的正确性。如果有多进程密集地使用文件系统,它们可能会竞争磁盘缓存的bcache.lock锁。目前,xv6采用单个锁管理磁盘缓存,因此需要修改磁盘缓存块列表的管理机制(主要修改kernel/bio.c),使得可用多个锁管理缓存块,从而减少缓存块管理的锁争用。

LAB4:页表

对应分支: pgtbl

  • 任务一:打印页表
    • 本任务中,需要加入页表打印功能,来帮助在之后的实验中进行debug。首先需要了解页表的数据结构。然后,按层次每页打印即可(可以使用迭代的算法)。
  • 任务二:独立内核页表
    • 目前,xv6的每个进程都有自己独立的用户页表(只包含该进程用户内存的映射,从虚拟地址0开始),但是每个进程进入内核的时候,会使用唯一的一个全局共享内核页表。因此,需要将全局共享内核页表改成独立内核页表,使得每个进程拥有自己独立的内核页表,也就是全局共享内核页表的副本。
  • 任务三:简化软件模拟地址翻译
    • 目前,xv6使用kernel/vm.c中的copyin()/copyinstr()将用户地址空间的数据拷贝至内核地址空间。它们通过软件模拟翻译的方式获取用户空间地址对应的物理地址,然后进行复制。因此,需要在独立内核页表加上用户地址空间的映射,同时将函数copyin()/copyinstr()中的软件模拟地址翻译改成直接访问,使得内核能够不必花费大量时间,用软件模拟的方法一步一步遍历页表,而是直接利用硬件。