练习

对实验报告的要求:

  • 基于markdown格式来完成,以文本方式为主
  • 填写各个基本练习中要求完成的报告内容
  • 完成实验后,请分析ucore_lab中提供的参考答案,并请在实验报告中说明你的实现与参考答案的区别
  • 列出你认为本实验中重要的知识点,以及与对应的OS原理中的知识点,并简要说明你对二者的含义,关系,差异等方面的理解(也可能出现实验中的知识点没有对应的原理知识点)
  • 列出你认为OS原理中很重要,但在实验中没有对应上的知识点

练习0:填写已有实验

本实验依赖实验1/2/3/4。请把你做的实验1/2/3/4的代码填入本实验中代码中有“LAB1”/“LAB2”/“LAB3”/“LAB4”的注释相应部分。注意:为了能够正确执行lab5的测试应用程序,可能需对已完成的实验1/2/3/4的代码进行进一步改进。

练习1: 加载应用程序并执行(需要编码)

do_execv函数调用load_icode(位于kern/process/proc.c中)来加载并解析一个处于内存中的ELF执行文件格式的应用程序,建立相应的用户内存空间来放置应用程序的代码段、数据段等,且要设置好proc_struct结构中的成员变量trapframe中的内容,确保在执行此进程后,能够从应用程序设定的起始执行地址开始执行。需设置正确的trapframe内容。

请在实验报告中简要说明你的设计实现过程。

请在实验报告中描述当创建一个用户态进程并加载了应用程序后,CPU是如何让这个应用程序最终在用户态执行起来的。即这个用户态进程被ucore选择占用CPU执行(RUNNING态)到具体执行应用程序第一条指令的整个经过。

练习2: 父进程复制自己的内存空间给子进程(需要编码)

创建子进程的函数do_fork在执行中将拷贝当前进程(即父进程)的用户内存地址空间中的合法内容到新进程中(子进程),完成内存资源的复制。具体是通过copy_range函数(位于kern/mm/pmm.c中)实现的,请补充copy_range的实现,确保能够正确执行。

请在实验报告中简要说明如何设计实现”Copy on Write 机制“,给出概要设计,鼓励给出详细设计。

Copy-on-write(简称COW)的基本概念是指如果有多个使用者对一个资源A(比如内存块)进行读操作,则每个使用者只需获得一个指向同一个资源A的指针,就可以该资源了。若某使用者需要对这个资源A进行写操作,系统会对该资源进行拷贝操作,从而使得该“写操作”使用者获得一个该资源A的“私有”拷贝—资源B,可对资源B进行写操作。该“写操作”使用者对资源B的改变对于其他的使用者而言是不可见的,因为其他使用者看到的还是资源A。

练习3: 阅读分析源代码,理解进程执行 fork/exec/wait/exit 的实现,以及系统调用的实现(不需要编码)

请在实验报告中简要说明你对 fork/exec/wait/exit函数的分析。并回答如下问题:

  • 请分析fork/exec/wait/exit在实现中是如何影响进程的执行状态的?
  • 请给出ucore中一个用户态进程的执行状态生命周期图(包执行状态,执行状态之间的变换关系,以及产生变换的事件或函数调用)。(字符方式画即可)

执行:make grade。如果所显示的应用程序检测都输出ok,则基本正确。(使用的是qemu-1.0.1)

扩展练习 Challenge :实现 Copy on Write (COW)机制

给出实现源码,测试用例和设计报告(包括在cow情况下的各种状态转换(类似有限状态自动机)的说明)。

这个扩展练习涉及到本实验和上一个实验“虚拟内存管理”。在ucore操作系统中,当一个用户父进程创建自己的子进程时,父进程会把其申请的用户空间设置为只读,子进程可共享父进程占用的用户内存空间中的页面(这就是一个共享的资源)。当其中任何一个进程修改此用户内存空间中的某页面时,ucore会通过page fault异常获知该操作,并完成拷贝内存页面,使得两个进程都有各自的内存页面。这样一个进程所做的修改不会被另外一个进程可见了。请在ucore中实现这样的COW机制。

由于COW实现比较复杂,容易引入bug,请参考 https://dirtycow.ninja/ 看看能否在ucore的COW实现中模拟这个错误和解决方案。需要有解释。

这是一个big challenge.