chapter8练习

  • 本节难度:对OS的全局理解要求较高

  • 实验分为基础作业实验和扩展作业实验(二选一)。

基础作业

在保持 syscall 数量和基本含义不变的情况下,通过对 OS 内部的改进,提升 OS 的质量

同学们通过独立完成前面 7 个实验后,应该对于操作系统的核心关键机制有了较好的了解,并知道如何形成一个有进程 / 地址空间 / 文件核心概念的基本功能 OS。但同学自制的 OS 可能还需进一步完善,才能在功能 / 性能 / 可靠性上进一步进化,以使得 lab8 测试用例的正常运行。

第 8 个实验的目的是希望同学们能够在完成前 7 个实验的基础上,站在全局视角,分析 lab2~lab8 测试用例(没增加新的 syscall 访问,只是更加全面和深入地测试操作系统的质量和能力)的运行情况,分析和理解自己写的 OS 是否能比较好地满足应用需求?如果不满足应用需求,或者应用导致系统缓慢甚至崩溃,那原因出在哪里?应该如何修改?修改后的 OS 是否更加完善还是缺陷更多?

实验要求

  • 实现分支:ch8。

  • 运行 lab8测例 ,观察并分析 ch8 中部分测试用例对 lab7 OS 造成的不良影响。

  • 结合你学到的操作系统课程知识和你的操作系统具体实践情况,分析你写的 lab7 OS 对 lab8 的 app 支持不好的原因,比如:为何没运行通过,为何死在某处了,为何系统崩溃,为何系统非常缓慢。分析可能的解决方法。(2~4 个,4 个合理的分析就可得到满分,超过 4 个不额外得分)。

  • 更进一步完成编程实现,使其可以通过一些原本 fail 的测例。(1~2 个,超过 2 个不额外得分)。

报告要求

  • 对于失败测例的现象观察,原因分析,并提出可能的解决思路(2~4个)。

  • 编程实现的具体内容,不需要贴出全部代码,重要的是描述清楚自己的思路和做法(1~2个)。

  • (optional)你对本次实验的其他看法。

其他说明

  • 注意:编程实现部分的底线是 OS 不崩溃,如果你解决不了问题,就解决出问题的进程。可以通过简单杀死进程方式保证OS不会死掉。比如不支持某种 corner case,就把触发该 case 的进程杀掉,如果是这样,至少完成两个。会根据报告综合给分。

  • 有些测例属于非法程序,比如申请过量内存,对于这些程序,杀死进程其实就是正确的做法。参考: OOM killer

  • 不一定所有的测例都会导致自己实现的 OS 崩溃,与语言和实现都有关系,选择出问题的测例分析即可。对于没有出错的测例,可以选择性分析自己的 OS 是如何预防这些”刁钻”测例的。对于测例没有测到的,也可以分析自己觉得安全 / 高效的实现,只要分析合理及给分。

  • 鼓励针对有趣的测例进行分析!开放思考!

注解

  1. lab8 分值与前 7 个 lab 相同,截至是时间为 15 周周末,基础实验属于必做实验(除非你选择做扩展作业来代替基础作业)

  2. 在测例中有简明描述:想测试OS哪方面的质量。同学请量力而行,推荐不要超过上述上限。咱们不要卷。

  3. 对于有特殊要求的同学(比如你觉得上面的实验太难),可单独找助教或老师说出你感兴趣或力所能及的实验内容,得到老师和助教同意后,做你提出的实验。

  4. 欢迎同学们贡献新测例,有意义测例经过助教检查可以写进报告充当工作量,欢迎打掉框架代码OS,也欢迎打掉其他同学的OS

实验检查

  • 实验目录要求

    目录要求不变(参考lab1目录或者示例代码目录结构)。同样在 os 目录下 make run 之后可以正确加载用户程序并执行。

    加载的用户测例位置: ../user/build/elf。

  • 检查

    可以正确 make run 执行,可以正确执行目标用户测例,并得到预期输出(详见测例注释)。

问答作业

拓展作业(可选)

给部分同学不同的OS设计与实现的实验选择。扩展作业选项(1-14)基于 lab7 来实现,扩展作业选项(15)是发现目标内核(ch7 的 ucore / rcore os)漏洞。可选内容(有大致难度估计)如下:

  1. 实现多核支持,设计多核相关测试用例,并通过已有和新的测试用例(难度:8)

  2. 实现slab内存分配算法,通过相关测试用例(难度:7)

  3. 实现新的调度算法,如 CFS、BFS 等,通过相关测试用例(难度:7)

  4. 实现某种 IO buffer 缓存替换算法,如2Q, LRU-K,LIRS等,通过相关测试用例(难度:6)

  5. 实现某种页替换算法,如Clock, 二次机会算法等,通过相关测试用例(难度:6)

  6. 实现支持日志机制的可靠文件系统,可参考OSTEP教材中对日志文件系统的描述(难度:7)

  7. 支持virtio disk的中断机制,提高IO性能(难度:4)

  8. 支持 virtio framebuffer /键盘/鼠标处理,给出demo(推荐类似 pong 的 graphic game)的测试用例(难度:7)

  9. 支持virtio NIC,给出测试用例(难度:7)

  10. 支持 virtio fs or其他virtio虚拟外设,通过测试用例(难度:5)

  11. 支持 testsuits for kernel 中15个以上的syscall,通过相关测试用例(难度:6)

  12. 支持新文件系统,比如 fat32 或 ext2 等,通过相关测试用例(难度:7)

  13. 支持物理硬件(如全志哪吒开发板,K210开发板等)。(难度8)

    • 可找老师要物理硬件开发板和相关开发资料
  14. 对fork/exec/spawn等进行扩展,并改进shell程序,实现“|”这种经典的管道机制。(难度:4)

    • 参考 rcore tutorial 文档中 chapter7 中内容
  15. 向实验用操作系统发起 fuzzing 攻击(难度:?)

  16. 学生自己的想法,但需要告知老师或助教,并得到同意。

注解

  1. 支持 1~3 人组队,如果确定并组队完成,请在 5 月 7 日前通过电子邮件告知助教。成员的具体得分可能会通过与老师和助教的当面交流综合判断给出。尽量减少划水与抱大腿。

  2. 根据老师和助教的评价,可获得额外得分,但不会超过实验 的满分(30分)。也就是如果前面实验有失分,可以通过一个简单扩展把这部分分数拿回来。

其他说明

  • 不能抄袭其他上课同学的作业,查出后,所有实验成绩清零

  • lab8 扩展作业可代替 lab8 基础作业。拓展实验给分要求会远低于大实验,简单的拓展也可以的得到较高的评价。在完成代码的同时,也要求写出有关设计思路,问题及解决方法,实验分析等内容的实验报告。

  • 完成lab1~lab8的编程作业也可得满分。这个扩展作业不是必须要做的,是给有兴趣但不想选择大实验的同学一个选择。

实验检查

完成后当面交流。

问答作业