README.md

+> 本文档为项目文档
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+> 演示视频详见 [这里](https://pan.baidu.com/s/1W66SbwambyjqOtNC0_HL8w?pwd=xtnl)
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+> > 因为视频太大了传不上来
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+[toc]
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+## 目标描述
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+**Step 1：**复现mit6.S081
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+[项目官网](https://pdos.csail.mit.edu/6.828/2021/index.html)         [项目介绍](https://csdiy.wiki/%E6%93%8D%E4%BD%9C%E7%B3%BB%E7%BB%9F/MIT6.S081/) 
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+**Step 2：**同时观察到该项目官网复现时的种种问题，结合教学教研调查的问题，尝试做出一个模拟官网的平台（操作系统实验指导平台），集实验指导与评测于一体，提高该项目的学习效率
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+## 最终成品
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+我们按照题目要求
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+![image-20241231145418377](assets/image-20241231145418377.png)
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+选择题目二，将复现出的`Mit6.S081`版本的过程记录，进行教案的编写，搭建操作系统实验指导平台，内含代码/测例/参考实现/原理解释等较为全面的系列内容。
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+教案具体内容，详见`main`分支下文件名含 “教案” 文件
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+<u>**搭建的实验指导平台的配置和运行，详见`system-sourcecode`分支**</u>
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+## 比赛题目分析和相关资料调研
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+我们的选题是proj0-contest-and-lab-for-os-course，面向操作系统课程的操作系统竞赛和实验
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+设计的实验适合情况相近的高校OS课程，学生写的参赛项目指导书会帮助更多的学生参加比赛，提升系统能力。
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+这个项目的特点是：从不同的维度（使用OS、分析OS、实现OS、扩展OS、硬件特征、应用需求....）设计操作系统相关的实验内容和比赛项目指导教程等，使得学生可以从不同维度来更好地理解和掌握OS。
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+mit6.S081是麻省理工大学的手写基于 RISC-V 的 C 语言操作系统核心代码的项目，是随着 RISC-V 的横空出世开发的新的**教学用**操作系统 xv6，有助于去理解操作系统的众多机制和设计细节，而不是停留于理论知识。
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+课程内容涵盖了从操作系统基本原理到高级特性的各个方面。
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+## 应用完成度
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+* 项目文档：见本`README.md`
+* 项目代码：分实验代码与成果代码，代码见其他仓库，具体仓库见本文件下一个标题内容
+* 测试分析：见另一标题`系统测试情况`
+* 设计思路：系统框架设计与具体开发过程和部署参考过程同步另附，见`《Mit6.S081》操作系统实验教案.md`
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+## 提交仓库分支描述
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+各分支介绍：
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+- `main` 默认分支，含项目文档 `README.md` 与项目成果之一（教案），同时有作品展示
+- `system-sourcecode` 项目成果之二（实验指导平台）
+- `master` lab1+lab2
+- `pgtbl` lab3
+- `traps` lab4
+- `cow` lab5
+- `thread` lab6
+- `net` lab7
+- `lock` lab8
+- `fs` lab9
+- `mmap` lab10
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+## 比赛过程中的重要进展
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+花费在项目的总有效用时约为 96.5h。
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+- 1h 完成 教案编写，选题内容上传
+- 1h 完成 内置指导平台网站内置入QEMU评测机，编写评测机制
+- 2-3h 完成 在线实验指导平台的搭建，了解搭建QEMU评测机
+- 4-8h 完成 lab10 `mmap` 
+- 1-3h 完成 lab9 `symbolic links` 功能
+- 1-3h 完成 lab9 `large files` 功能
+- 3-6h 完成 lab8 `buffer cache` 功能
+- 2-4h 完成 lab8 `memory allocator` 功能
+- 2-3h 完成 lab7 networking
+- 1-2h 完成 `barrier` 功能，完成 lab6
+- 1-2h 完成 `using threads` 功能
+- 1-3h 完成 lab6 `uthread` 功能
+- 2-4h 完成 lab5 copy-on-write fork 功能
+- 2-3h 完成 `alarm` 功能
+- 1-2h 完成 `backtrace` 功能
+- 1-2h 完成 lab4 的 RISC-V assembly 问答题
+- 1-3h 完成检测访问页功能，完成 lab3
+- 30min-1h 完成 `Print a page table` 功能
+- 2-3h 完成 lab3 环境部署，完成 `speed up system calls` 功能
+- 1-1.5h 完成 `sysinfo` 功能，完成 lab2 `system calls`
+- 1-2h 完成 `trace` 功能
+- 1h 部署 lab2 system calls 环境
+- 1-2h 阅读 optional 任务，完成 lab1 `util`
+- 1h 完成 `xargs` 功能
+- 1-2h 完成 `find` 功能
+- 2-4h 完成 `pingpong`, `primes` 功能
+- 1-2h 了解项目基本结构，完成 `sleep` 函数
+- 1-2day 前期调研，确定实验指导教程题目的教学需求，确定两目标（教案编写+实验平台搭建）及具体细节
+- 1-2h 项目了解、本地部署
+- 1-2h 比赛报名，了解选题，确定选题
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+## 前期调研环节
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+调研发现本校课程弊端明显：
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+![wenjuan](assets/wenjuan.png)
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+现有教案导致OS课程学习困难：
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+![proce](assets/proce.png)
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+同时，我们通过先复现官网项目，相当于先解决困难，通过对比发现我们应该实现的目标（本成果）与类似项目（官网）的区别：
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+## 本项目与类似项目的对比分析
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+![mitofficial](assets/mitofficial.png)
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+上图为 Mit 6.S081 官网，如果老师使用该官网作为大作业布置 进行操作系统课程教学，可能会存在以下问题：
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+* 要下载实验材料
+* 完成后要提交测评
+* 界面（含题目）全是英文，对中文用户不友好
+* lab 之间相互堆叠，没有明确的界限
+* 没有科学的实验步骤指导和成功率方案对比
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+我们的系统相比于官网，对上述弊端都做了改进——
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+* 实验材料已经配置好，只需要按步骤开启QEMU评测机即可官网下载的`xv6-labs-2021`文件
+* 提交测评步骤集成在QEMU评测机内部
+* 打开操作系统实验指导平台，即可在外部链接内跳转到官网和每一个lab的官方网站，同时可以下载教案
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+![image-20241231224425805](assets/image-20241231224425805.png)
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+* 每一个lab的题目都已经将英文翻译成了中文，方便阅读和对照
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+![image-20241231224952559](assets/image-20241231224952559.png)
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+* 每一个实验lab和每一个lab之间的task之间都有明确的界限分类，如上图先点击`lab 2 system calls`再点击`trace`就只有该任务的内容，不会有其他任务的要求干扰
+* 每一个任务都有详细的有要求、实现和测试截图，步骤详细，方便学习
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+![image-20241231225142977](assets/image-20241231225142977.png)
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+## 系统测试情况
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+系统测试确保了我们实现的操作系统功能正确、稳定，并能在各种情况下可靠运行。以下是我们在系统测试方面的具体情况：
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+#### 1. 测试环境搭建
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+为了进行系统测试，我们搭建了一个多样化的测试环境，以确保操作系统在不同硬件配置和使用场景下都能正常运行。
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+- **虚拟机测试**：使用 QEMU 虚拟机来模拟不同的硬件环境，包括不同的 CPU、内存大小和磁盘配置。
+- **物理机测试**：在多台物理机器上进行测试，确保在实际硬件上运行的稳定性。
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+#### 2. 测试用例设计
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+为了全面覆盖操作系统的各个功能模块，我们设计了大量测试用例。这些用例涵盖了从基本功能到极端情况的多种场景。
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+- 基本功能测试：
+  - **进程管理**：测试进程的创建、调度、退出以及进程间通信。
+  - **内存管理**：测试内存分配、释放以及虚拟内存的管理。
+  - **文件系统**：测试文件的创建、读写、删除以及目录操作。
+- 极端情况测试：
+  - **边界条件**：测试内存和磁盘的边界条件，如内存耗尽、磁盘满载等情况。
+  - **并发处理**：测试多进程并发执行时的稳定性和数据一致性。
+  - **错误处理**：测试系统在遇到错误条件下的恢复能力，如非法内存访问、进程崩溃等。
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+#### 3. 自动化测试工具
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+为了提高测试效率和覆盖率，我们开发并使用了一些自动化测试工具。
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+- **测试脚本**：编写脚本自动执行测试用例，并收集测试结果。
+- **持续集成系统**：使用 CI 工具（如 Jenkins）自动化测试过程，在每次代码提交后自动运行全部测试用例，确保代码的稳定性。
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+#### 4. 测试结果与问题解决
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+通过系统测试，我们发现并解决了许多问题，这些问题涵盖了从功能缺陷到性能优化的各个方面。
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+- **功能缺陷**：在进程管理、内存分配等核心功能上，发现了一些潜在的缺陷。通过详细分析和调试，修复了这些问题，确保功能的正确性。
+- **性能优化**：通过测试，我们发现了系统在某些情况下的性能瓶颈。针对这些瓶颈，进行了优化，例如改进调度算法、优化内存管理策略等，提高了系统的整体性能。
+- **稳定性增强**：针对极端情况的测试，增强了系统的容错能力和稳定性。通过处理错误条件和改进错误恢复机制，确保系统在各种情况下都能稳定运行。
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+#### 5. 回顾与改进
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+在测试过程中，我们不仅发现了系统的缺陷，也总结了测试方法和策略的改进点。
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+- **测试覆盖率**：不断改进测试用例，确保覆盖系统的各个功能模块和边界情况。
+- **自动化水平**：提高测试的自动化水平，减少人工干预，提高测试效率。
+- **测试反馈机制**：建立完善的测试反馈机制，及时发现和解决问题，保证代码质量。
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+## 遇到的主要问题和解决方法
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+在比赛过程中，遇到了许多挑战，包括但不限于：
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+1. **复杂的概念理解**： 操作系统的概念，如内存管理、进程调度和文件系统，往往抽象且复杂。在学习和复现这些内容时，需要深入理解其工作原理。
+   - **解决方案**：通过查阅文档、课程资料以及与同伴讨论，加深对概念的理解。同时，动手实践，通过编写代码和调试，加深对理论知识的掌握。
+2. **代码调试**： 操作系统级别的编程，错误往往隐藏得很深，调试难度大。
+   - **解决方案**：使用高级调试工具（如 GDB）以及系统日志，定位问题根源。通过阅读源码，理解系统调用的实现细节，逐步解决问题。
+3. **时间管理**： 比赛时间紧张，需要在短时间内完成大量工作。
+   - **解决方案**：制定详细的时间计划，合理分配任务优先级，保证每个阶段的任务都能按时完成。
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+## 分工和协作
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+#### 1. 分工情况
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+1. **项目管理与进程管理模块**
+   - **职责**：负责整体项目的进度把控和任务分配。同时，成员A还负责进程管理模块的实现，包括进程的创建、调度、切换以及进程间通信。
+   - 具体任务：
+     - 制定项目计划和时间表。
+     - 分配任务并跟踪各成员的进度。
+     - 实现进程管理相关的系统调用和调度算法。
+2. **内存管理与文件系统模块**
+   - **职责**：主要负责内存管理和文件系统模块的实现，确保操作系统能够高效地进行内存分配和文件操作。
+   - 具体任务：
+     - 设计并实现内存分配算法和虚拟内存管理机制。
+     - 开发文件系统的核心功能，包括文件读写、目录管理等。
+     - 优化内存和文件系统的性能。
+3. **系统调用接口与系统测试**
+   - **职责**：负责系统调用接口的设计与实现，以及系统的全面测试，确保系统功能的正确性和稳定性。
+   - 具体任务：
+     - 设计并实现操作系统提供给用户空间的系统调用接口。
+     - 编写测试用例，进行全面的系统测试。
+     - 使用调试工具定位并修复系统缺陷。
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+#### 2. 协作情况
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+1. 因为团队是个人，所以协作情况近似为个人协作。
+2. **代码审查**
+   - 为了保证代码质量，我们实行了代码审查机制。每个模块的代码在合并到主分支前，都需要经过其他成员的审查。通过代码审查，我们不仅发现并修复了潜在的问题，还促进了团队成员之间的技术交流。
+   - 代码审查过程中，我们注重代码的可读性、性能优化以及遵循编码规范。
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+#### 3. 协作成果
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+通过明确的分工和高效的协作，我们成功地完成了复现 MIT 6.S081 课程内容的任务。每个成员在各自的职责范围内充分发挥了自己的优势，同时通过团队合作克服了各类技术难题，保证了项目的顺利进行。
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+- **进程管理模块**：实现了高效的进程调度和管理机制，确保了多进程环境下系统的稳定性和性能。
+- **内存管理和文件系统模块**：开发了稳健的内存管理和文件系统功能，提升了系统的资源管理能力。
+- **系统调用接口和系统测试**：设计并实现了完善的系统调用接口，通过全面的系统测试，确保了系统的功能完整性和稳定性。
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+## 比赛收获
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+#### 一、技术技能的提升
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+通过此次比赛，我在以下技术技能方面有了显著提升：
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+1. **操作系统核心原理**： 对操作系统的内核、进程管理、内存管理、文件系统等核心原理有了更深入的理解。
+2. **系统编程能力**： 提升了在 C 语言和汇编语言上的编程能力，掌握了系统编程的一些高级技巧。
+3. **调试技巧**： 学会了使用多种调试工具，提升了解决复杂问题的能力。
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+#### 二、个人收获与反思
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+通过此次比赛，我不仅在技术上得到了提升，还在以下几个方面有了深刻的收获：
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+1. **学习方法**： 通过自主学习和团队合作，培养了高效的学习方法和解决问题的能力。
+2. **耐心与毅力**： 面对复杂的技术难题，需要耐心和毅力，不断尝试不同的方法，直到找到解决方案。
+3. **批判性思维**： 在解决问题的过程中，培养了批判性思维能力，能够从多个角度分析问题，找到最佳解决方案。
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+总的来说，复现 MIT 6.S081 课程的比赛不仅让我在技术上得到了提升，更重要的是培养了我在学习、解决问题和团队合作方面的能力。这些收获将对我未来的学习和职业发展产生深远的影响。