ucore lab中的工程项目列表

  1. lab1 ：bootloader启动操作系统
  2. lab2 ：物理内存管理
  3. lab3 ：虚拟内存管理
  4. lab4 ：内核线程
  5. lab5 ：用户进程
  6. lab6 ：处理器调度
  7. lab7 : 同步互斥和进程间通信（IPC）
  8. lab8 : 文件系统

1. lab1 ：bootloader启动操作系统

启动/保护模式

  • proj1 : bootloader 能切换到x86-32保护模式且能够通过串口、并口、显示器来显示字符串
  • proj2 (<--proj1) : bootloader能读磁盘且分析加载ELF格式的文件
  • proj3 (<--proj2) : bootloader能ELF执行文件格式的 ucore toy OS，目前这个toy OS只能答应字符串

显示函数调用栈

  • proj3.1 (<--proj3) : ucore能输出函数调用栈信息(包括函数名和行号)，这样便于OS出错后分析问题

响应外设中断

  • proj4 (<--proj3.1) : ucore可处理从串口(COM1)、键盘、时钟外设来的中断

支持用户态和内核态，以及系统调用机制

  • proj4.1 (<--proj4) : 为了支持proj 4.1.1/2系统调用机制，ucore重新初始化并增加了用户态的代码段和数据段
  • proj4.1.1(<--proj4.1) : 用x86的中断机制实现系统调用机制
  • proj4.1.2(<--proj4.1) : 用x86的门（gate）机制实现系统调用机制

    支持远程gdb调试 (附加部分，其实通过qemu的gdb remote server也可实现大部分功能)

  • proj4.2 (<--proj4.1) : ucore增加 gdb remote server/stub，这样可以通过gdb远程调试ucore
  • proj4.3 (<--proj4.2) : ucore支持硬件breakpoint和watchpoint，从而具有内部debugger功能

2. lab2 ：物理内存管理

物理内存管理

  • proj5 (<--proj4.3) : ucore支持保护模式下的分页机制，并能够管理物理内存

OS教材上的连续物理内存分配算法

  • proj5.1 (<--proj5) : 最佳适配算法
  • proj5.1.1 (<--proj5.1) : 首次适配算法
  • proj5.1.2 (<--proj5.1) : 最坏适配算法

实际OS中的以页大小（4KB）为单位的连续物理内存分配算法

  • proj5.2 (<--proj5.1) : 伙伴（buddy）分配算法

实际OS中的小于页大小的连续物理内存分配算法

  • proj6 (<--proj5.2) : SLAB内存分配算法

3. lab3 ：虚拟内存管理

支持页访问错误异常的处理

  • proj7 (<--proj6) : 能够有页访问错误异常的处理机制，提供了虚存管理（VMM）的框架

提供swap机制，为能够实现各种页替换算法做好准备

  • proj8 (<--proj7) : 实现swap in/out机制，并加入页替换算法的实现框架

实现map/unmap机制，并提供dup, exit等函数，为后续进程管理（比如创建子进程等）做好准备

  • proj9 (<--proj8) : 增加内核函数map, unmap, dup, exit等

实现share memory机制，为后续进程间共享内存空间做好准备

  • proj9.1 (<--proj9) : 实现 shmem_t内存结构，并完成香港函数，实现share memory

3 实现COW机制，为高效创建子进程做好准备

  • proj9.2 (<--proj9.1) : 实现支持高效进程复制的虚存核心功能Copy On Write（简称COW）

4. lab4 ：内核线程

创建内核线程，此时需要引入调度，进程上下文切换等机制

  • proj10 (<--proj9.2) : 实现线程和进程管理的关键数据结构进程控制块（Process Control Block, 简称PCB），完成对内核线程的创建所需功能，并建立基本的调度机制，主要是体现能够切换两个内核线程。

5. lab5 ：用户进程

进程管理框架

  • proj10.1 (<--proj10) : 实现用户进程管理框架，并完成与创建用户进程相关的内核函数（读ELF格式的文件、fork、execve），以及与调度进程相关的调度器

与进程生命周期相关的系统调用

  • proj10.2 (<--proj10.1) : 实现进程管理相关的系统调用 wait、kill、exit

进程中的堆管理系统调用sys_brk

  • proj10.3 (<--proj10.2) : 完成管理用户进程的内存堆（heap）的系统调用sys_brk

与进程生命周期相关的涉及睡眠和唤醒的系统调用

  • proj10.4 (<--proj10.3) : 完成用户进程调度相关的函数sleep，并增加timer的功能支持

采用内核线程机制，能够根据系统状态更好地动态支持swap in/out虚存功能

  • proj11 (<--proj10.4) : 用内核线程方式实现虚存的swap机制

实现用户态的线程（基本原理与Linux的轻量级进程一致）

  • proj12 (<--proj11) : 实现系统调用map、unmap和共享内存share memory，实现用户态线程机制;

6. lab6 ：处理器调度

OS教材上的调度算法

  • proj13 (<--proj12) : 实现通用调度框架和简单的想来先服务（First Come First Serve，简称FCFS）调度算法
  • proj13.1 (<--proj13) : 实现轮转（RoundRobin，简称RR）掉短算法
  • proj13.2 (<--proj13.1) : 实现多级反馈队列（MultiLevel Feedback Queue，简称MLFQ）调度算法

7. lab7 : 同步互斥和进程间通信（IPC）

OS教材上的信号量机制

  • proj14 (<--proj13.2) : 实现内核中的信号量（semaphore）机制

用户态进程的信号量，需要考虑一些实际情况（比如一个获得信号量的进程漰溃了）

  • proj14.1 (<--proj14) : 实现用于用户态进程/线程的信号量机制,
  • proj14.2 (<--proj14.1) : 增加在信号量等待中的超时判断机制

其他一些IPC机制，在一些实时OS中常见

  • proj15 (<--proj14.2) : 实现事件（event ）IPC机制
  • proj16 (<--proj15) : 实现邮箱（mailbox）IPC机制

OS教材上的管程（Monitor）和条件变量机制

  • proj16.1 (<--proj16) : 实现管程和条件变量

8. lab8 : 文件系统

建立虚拟文件系统，把设备按文件來管理

  • proj17 (<--proj16) : 实现vfs框架, file数据结构和相关操作，文件化各种输入输出外设(stdin, stdout, null)

按照文件的方式实现一种UNIX中常见的IPC机制--管道（PIPE）

  • proj17.1 (<--proj17) : 实现匿名管道（PIPE）和有名管道（FIFO）

增加SFS （简单文件系统--sfs，并实现用户进程访问文件所涉及的函数）

  • proj18 (<--proj17.1) : 在VFS上增加具体文件系统实例sfs 'simple filesystem'和对应的文件操作相关函数

增加sfs中目录访问相关的函数

  • proj18.1 (<--proj18) : 增加mkdir/link/rename/unlink (hard link)相关的系统调用和内核函数

实现了通过exec加载存储在磁盘上的执行文件并创建/执行进程的功能

实现exec功能

  • proj18.2 (<--proj18) : add exec

扩展exec功能，在加载运行应用程序能够带上执行参数

  • proj18.3 (<--proj18.2) : add exec with arguments (at most 32)

在上述ucore OS的支持上实现了shell（一个用户态的命令行交互执行程序）

  • proj19 (<--proj18.3) : shell

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