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willinin/30days-os

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README

本项目是北邮信安专业操作系统的课程设计,是在30天自制操作系统的代码基础上加工而成的。

下面给出本次课程设计的要求:
1.依据30天实验中使用LDT结构的用户程序版本,设计、实现并展示用户程序中变量的逻辑地址到实际物理地址的转换(只有分段,没有分页)
2.在操作系统内核设计并实现进程访问共享变量时的竞争条件
3.在操作系统内核态设计并实现竞争条件的解决方案(两进程、多进程), 并进一步实现某个同步场景(生产者消费者、读者作者等) 必做,至少一个解决方案,至少一个同步场景
4.设计并实现从用户态启动内核态竞争条件、解决方案、同步场景(练习系统调用)
5.设计并实现用户态的竞争条件、解决方案和同步场景
6.设计并实现新的内存分配算法,并在系统中验证

说明

1.

30天自制操作系统上只有分段,没有分页。首先,GDT(全局段描述符)的基地址是0x270000,30天规定了GDT的1-2号,也就是头2个条目归dsctbl.c文件使用,
而任务所用的起始段号为3,因为规定了最多只能申请100个任务,所以3-102都是任务的GDT条目(存储tss32结构体),
对应地,从103-202是每个任务对应的ldtr的地址。因为在这个操作系统中,任务只用到了数据段和代码段2个段,
所以每个任务的ldt仅有2个项目,每个ldt项目有16位的段选择子,如下图:
image
那么首先,我们通过task的GDT条目,找到任务ldtr的起始地址(tss.ldtr),其实也是个段描述符
ldtr+0为代码段,ldtr+1为数据段,那么通过这个段的index(索引量)+段基址可以得到线性基地址。
(这里需要注意的是段地址和段基址不是同一个概念,段地址保存着段基址和段上限等信息)。
那么,物理地址=线性基地址+逻辑地址
段地址保存的64位信息如下:
image

2.

要在内核态体现竞争条件,这里的设计思路是在内核态增加一个int型的共享变量,2个进程不断地轮流对这个变量做+1操作。
在正常情况下,一个进程执行了对共享变量+1操作后,其和操作之前的差应该是1,如果差值大于1的话,说明存在其他进程,
在这个进程执行+1操作时,访问了这个共享变量并做了运算,那么此时就表现出了竞争条件。

3.

2个场景及其解决方案都有实现。(根据操作系统的书) 在内核态上,用peterson算法解决了生产者和消费者的竞争条件,用信号量解决了读者和作者的竞争条件。
需要注意的是peterson算法只能解决2个进程间的同步问题,所以读者和作者的竞争条件用peterson算法是不可行的。

4.

到这里需要注意的是一个任务在内核态中,如果进入无限while循环,且不执行有意义的操作,那么该任务会自动休眠,等待被唤醒, 如果不想其被休眠,要强制改变任务状态。
此操作系统没有进程的概念,只有任务,可以认为一个任务就是一个进程。
注册api,so easy。

5.

这里设计了一些数据结构及函数,在svar.c中有所体现。此外,还实现了test_and_set互斥锁。

6.

此操作系统实现的是内存的连续分配,且找到第一个可用的内存块即分配,比较投机取巧的方法是设计最优匹配,或者使用buddy算法。

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30天自制操作系统的部分注释

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