Eden Mo Blog

大三学过计算机网络，后面就没有碰过这门课了。那时候的教材是谢希仁教授的《计算机网络》，为了应付期末考试还将课件和资料整理成了上万字的文档，放到校内网去低价出售，不知道光顾的那几位老哥考得咋样，可能不如多看几道课后题考得高分，多少有点误人子弟（哭），计算机网络是一个庞大的课程，往下它可以和硬件层各种协议交流，网上它需要提供应用层的各种软件接口，作为EE专业的主修课，授课的时候更倾向于信号处理、电路连接等联系，后面选修的《网络体系空间结构》更是承接了这个特点，几乎没有从代码的角度构建过这些通信协议，Stanford CS144利用C++以及容器算法，围绕TCP协议开展实验，技术栈还是比较匹配的，就尝试做做吧。 一个有意思的插曲是斯坦福的老师在2019年开源了这个项目，后续又出了2021、2023等多个版本，但是后面因为考虑到自己的学生可能会直接从开源仓库获取答案，遂关闭了官方仓库，要求其他仓库克隆者也应该将仓库转为private，一位清华大佬希望只去除“CS144”防止被google索引，而且回复道： I think opensourcing is irrelevant to w ...

前置提醒 fs分支的文件系统布局和常规xv6布局是不一样的，常规情况下，文件系统的磁盘布局是：46个元数据块（boot、super、30 log、13 inode 、1 bitmap）、954个数据块；fs分支下：70个元数据块（boot、super、30 log、13 inode 、25 bitmap）、199930个数据块；因为它需要支持二级Inode索引，知晓这点再去看代码（指系统代码，不是实验代码）才会理解。 Large files实验 实验目的 看过Inode层理论或者我的基础理论一文，就知道xv6文件大小的限制是每个Inode只能存放256+12个块大小，因此这里需要我们牺牲一个Direct Number，用于创建二级Indirect Number，这种提升是明显的，因为每个Indirect Number指向256个，二级的Indirect Inode存储的块是11+256+256*256； 具体实现 这个实现比较简单，只要看一下kernel/fs.c哪些代码涉及间接Indirect inode设计即可，即bmap函数和itrunc函数，前者负责将 ...

Memory allocator实验 实验目的 目前的页帧分配共用一个大锁kmem.spinlock和一个共用空闲页帧链表kmem.freelist，也即无论哪个CPU想要通过kalloc获取页帧，都需要首先从这个共享的数据结构获取锁和页帧，理论和实验表明这个设计是导致race condition最严重的事件之一，导致性能瓶颈；本节的实验旨在通过为每个CPU都维护一个独享的锁和页帧空闲分配链表，以降低进程内存分配时的严重竞争条件。此外还需要考虑当当前CPU耗光页帧时，如何从其他的CPU安全地“窃取”空闲页帧。 具体实现 从kernel/param.h获知了系统最大CPU核心数定义，这也是CPU遍历的基本原理； 1#define NCPU 8 // maximum number of CPUs 通过kernel/proc.c函数可以获取当前CPU编号： 123456intcpuid() {int id = r_tp();return id;} 全部代码仅在kernel/kalloc.c修改即可： 将kmem设计 ...

Uthread: switching between threads实验 实验目的 实现一个用户级的线程切换：测试程序user/uthread.c会创建三个线程，每个线程打印一个语句，大部分逻辑已经完成，只剩下context切换逻辑。抢占式中断因为经过陷入机制，因此流程是比较繁琐的。核心的切换是在内核中调用yield，yield调用sched，sched做了一些故障检查，就调用了swtch，从这里我们会进入线程调度器线程，保存14个用户进程的内核寄存器，并且返回到scheduler函数调用的swtch函数，去除原来进程信息、释放锁，此后调度器又将另一个线程装载，调用swtch，并且从当前新进程的sched调用的swtch返回。继续执行陷入处理 直至恢复执行； 在用户级线程切换设计测试代码中，则省去了很多繁琐的跳转步骤；首先thread_schedule模拟了一部分scheduler函数功能，将线程存储在all_thread数组中，最大线程数量为4；线程初始化时取第一个线程，现在只需要解决两个问题： 线程如何执行程序？ 如何实现线程的切换？ 具体实现 直接看代码 ...

Implement copy-on write实验 实验目的 本节实验不是最难的一个，但是逻辑细节比较多（所以坑也多），也让我花了不少时间去打印和调试。本节和上一节页懒分配类似，都是利用Page Fault特性向xv6增加一些扩展。主要目的是，每次系统启动父进程会通过fork函数创建子进程，系统为子进程分配与父进程大小相当的空间，例如shell进程占4个页帧（4*4096字节），子进程也会分配新的4个字节；然而子进程很快就会被exec占据并且去运行其他进程，大部分情况下这新分配的空间没有被使用就被丢弃了，既浪费了内存也消耗了启动性能。 因此本节核心思想是在调用fork复制父进程时，不要直接为子进程分配物理内存，而是通过页表将子进程的虚拟地址也指向父进程的物理内存（暂且称其为COW内存）；为了保证这个物理内存的安全，在共享后必须将物理内存的写权限取消成为只读内存，当子进程确实需要空间时，对该物理内存进行写操作就会造成Page Fault；而又为了区分进程是对这种COW内存操作，还是真的误读了其他只读的页帧，我们需要引入新的标志位PTE_COW来区分两种只读页面。 为了处理这个 ...

Eliminate allocation from sbrk()实验 没有实验，只谈现象 这是Fans教授在课上提到的现象，在基础理论一文的Lazy Allocation一节我也具体剖析过，看完不难理解：只增加了虚拟内存，uvmunmap释放了虚拟内存指向的不存在的物理内存。 Lazy allocation实验 实验目的 实现一个简单的Lazy allocation，要求进程使用sbrk进行内存分配时不要直接满足，引入懒分配策略等到进程使用到了再申请物理内存，如果设计是成功的，那么shell能够正常运行echo hi命令。 具体实现 这是一个简单的Lazy allocation实现，在基础理论已经实现并且做了剖析讨论，看过基础理论或者课程的可以直接跳到第三个实验。具体步骤是在kernel/sysproc.c中sbrk函数增加虚拟内存，取消物理内存分配 123 myproc()->sz=myproc()->sz+n;//new//if(growproc(n) < 0)// return -1; 这个改动会得到page fault，因此需要在k ...

以前习惯在VMware直接做命令，现在使用Vscode比较多。但是远程SSH的问题在于虚拟机会不定期更新内网IP，规律是：重启不一定更新、关机不一定更新，电脑关盖子睡眠一定更新。。。非常奇怪，导致每次都要重新打开工作区。 尝试配置静态IP，环境为： Ubuntu 18.04 VMware 16 NAT模式 总体而言基本没有遇到困难，但是发行版不同、文件、步骤都不一样，也容易踩坑，所以记录一下。 Win10打开“虚拟网络编辑器”，选中NAT桥接VMnet8，设置子网IP和子网掩码；子网IP第三个网段自行设置成以前常用的。 进入NAT设置，将网关设置成“192.168.xxx.1”,xxx和步骤1保持一致。 Win10打开设置——更改适配器选项； 在Ipv4协议属性中设置IP地址，子网掩码，默认网关和DNS；默认网关保持和刚刚设置的一致。 上面的IP只是基本的设置，还不是我们要设置的静态IP 进入虚拟机，如无意外/etc/netplan下会存在一个yaml网络配置文件，按照下文增加和修改配置，addresses是要使用的静态IP，d ...

RISC-V assembly实验 没有实验，回答问题 阅读call.asm中函数g、f和main的代码： 哪些寄存器保存函数的参数？例如，在main对printf的调用中，哪个寄存器保存13？ 答：函数参数从a0到a7存储，13是第三个参数，所以是a2保存； main的汇编代码中对函数f的调用在哪里？对g的调用在哪里（提示：编译器可能会将函数内联） 答：提示已经给出答案，汇编代码的sp没有变动，也没有存入ra，说明没有进行函数调用，f8已经被函数内联优化并且提前算出答案11了，这一行调用就是打印12、13； printf函数位于哪个地址？ 调用位置在 1230: 00000097 auipc ra,0x034: 5e6080e7 jalr 1510(ra) # 616 <printf> 答：存入pc0x30到ra，1510的16进制对应0x5e6，所以跳转地址是二者相加0x616； 在main中printf的jalr之后的寄存器ra中有什么值 ...

Print a page table实验 实验目的 当您启动xv6时，它应该像这样打印输出来描述第一个进程刚刚完成exec(),init时的页表： 12345678910page table 0x0000000087f6e000..0: pte 0x0000000021fda801 pa 0x0000000087f6a000.. ..0: pte 0x0000000021fda401 pa 0x0000000087f69000.. .. ..0: pte 0x0000000021fdac1f pa 0x0000000087f6b000.. .. ..1: pte 0x0000000021fda00f pa 0x0000000087f68000.. .. ..2: pte 0x0000000021fd9c1f pa 0x0000000087f67000..255: pte 0x0000000021fdb401 pa 0x0000000087f6d000.. ..511: pte 0x0000000021fdb001 pa 0x0000000087f6c000.. .. ..510: ...

内存 CPU是高速设备，磁盘是一种低速设备，为了使数据读写不拖累CPU的计算速度，二者通过内存进行交互，内存速度高，但存储空间小于外存，用于存放CPU处理的数据。 首先要搞明白革命对象，存储器涵盖的种类是十分广泛的，有些存储器概念太久不接触也会混淆。 外存 外存就是最常见的存储器件，例如电脑硬盘等，用于大量存放数据，掉电也可以保存数据，只是相对内存而命名。 内存 内存就是暂存硬盘数据的存储器，硬件上是一种内存条的东西，硬盘的IO读写速度不能满足CPU要求，因此内存应运而生，一旦掉电，内存数据就会被清空。内存也称主存，一般是属于DRAM。 cache cache是比内存更加高速的缓存，对CPU而言，内存的速度仍然是欠缺的，因此高速的读写需要cache的帮助，cache存在于内存和CPU之间，也因为其对速度的追求，其大小一般很小，几十k到几十M。现代CPU一般采取多级缓存架构，越靠近CPU，容量越小，速度越快。cache一般使用的是SRAM。 RAM与ROM与Flash RAM是随机读取存储器，可以对存储器进行任意读写，但是掉电数据也会丢失；RAM被分成静态随机读取存储 ...