MIT6S081深入学习指南

发布时间：2023-05-23

一、操作系统介绍

操作系统是计算机的核心，它管理着系统资源的调度和分配。MIT6S081深入学习指南提供了操作系统的完整代码和实时系统维护方法。我们明确了代码中各个组件的功能和之间的关系，包括进程、线程、调度器、内存分配器、文件系统等。在阅读了代码之后，你将能够正确地理解操作系统的基本目标。

void schedule(void) {
    struct proc *p;
    struct cpu *c = mycpu();
    int acquired = 0;
    if (!holding(&ptable.lock))
        acquire(&ptable.lock);
    acquired = 1;
    for (;;) {
        // Enable interrupts on this processor.
        sti();
        // Loop over process table looking for process to run.
        for (p = ptable.proc; p < &ptable.proc[NPROC]; p++) {
            if (p->state != RUNNABLE)
                continue;
            c->proc = p;
            switchuvm(p);
            p->state = RUNNING;
            swtch(&(c->scheduler), p->context);
            switchkvm();
            c->proc = 0;
        }
    }
    acquired = 0;
    release(&ptable.lock);
}

上述代码是一个简单的进程调度器。调度器每次循环遍历进程表，找到可运行的进程并将其运行。

二、内存管理

在学习内存管理方面，MIT6S081涵盖了页表、虚拟内存和内核内存管理等内容。我们将代码分为多个部分，便于阅读和理解。通过对代码的学习，你将清晰地看到操作系统中内存管理的细节。

// Set up CPU's kernel segment descriptors.
// Run once on entry on each CPU.
void seginit(void)
{
    struct cpu *c;
    c = mycpu();
    // Map "logical" addresses to virtual addresses using identity map.
    // Cannot share a CODE descriptor for both kernel and user
    // because it would have to have DPL_USR, but the CPU refuses
    // to execute CPL=0 code when DPL=3.
    c->gdt[SEG_KCODE] = SEG(STA_X | STA_R, 0, 0xffffffff, 0);
    c->gdt[SEG_KDATA] = SEG(STA_W, 0, 0xffffffff, 0);
    c->gdt[SEG_UCODE] = SEG(STA_X | STA_R, 0, 0xffffffff, DPL_USER);
    c->gdt[SEG_UDATA] = SEG(STA_W, 0, 0xffffffff, DPL_USER);
    lgdt(c->gdt, sizeof(c->gdt));
}

上述代码显示了如何在CPU上设置内核段描述符，并将逻辑地址映射到虚拟内存地址上。这个过程是操作系统中非常重要的部分，确保了内存的保护和使用。

三、文件系统

文件系统是MIT6S081的另一个重要部分。文件系统代码包括了常见的文件系统操作，例如文件的创建、读、写、删除等等。我们可以看到，代码中涉及到了i节点、超级块、目录项等概念，对于理解文件系统的底层机制非常有帮助。

uint bmap(struct inode *ip, uint bn)
{
  uint addr, *a;
  struct buf *bp;
  if(bn < NDIRECT){
    if((addr = ip->addrs[bn]) == 0)
      ip->addrs[bn] = addr = balloc(ip->dev);
    return addr;
  }
  bn -= NDIRECT;
  if(bn < NINDIRECT){
    if((addr = ip->addrs[NDIRECT]) == 0)
      ip->addrs[NDIRECT] = addr = balloc(ip->dev);
    bp = bread(ip->dev, addr);
    a = (uint*)bp->data;
    if((addr = a[bn]) == 0){
      a[bn] = addr = balloc(ip->dev);
      log_write(bp);
    }
    brelse(bp);
    return addr;
  }
  panic("bmap: out of range");
}

上述代码是从一个文件块号映射到它的物理地址的函数。在这个函数中，我们可以清晰地看到代码内部实现的细节。

四、驱动程序

对于需要编写操作系统驱动程序的开发者，MIT6S081提供了完善的参考。驱动程序代码中包含了如何连接硬件、如何控制硬件，以及如何在操作系统内部维护硬件等内容。

#define COM1 0x3f8
static int
serial_proc_data(struct inode *ip, struct iovec *iov, uint iovcnt, uint64 offset) {
  int i;
  char c;
  cprintf("procdata\noffset:%d iovcnt:%d\niov[0]:%d %x\n", offset, iovcnt, iov[0].iov_len, iov[0].iov_base);
  for (i = 0; i < iovcnt; i++) {
    for (c = *(char*)iov[i].iov_base; iov[i].iov_len > 0; iov[i].iov_len--,c++) {
      while ((inb(COM1 + 5) & 0x20) == 0);
      outb(COM1 + 0, c);
    }
  }
  return 0;
}

上述代码显示了如何操作串口硬件。操作系统驱动程序中，此类代码较为常见，掌握此类代码对于开发者来说是非常必要的。

五、进程间通信

MIT6S081中的进程间通信（IPC）允许多个进程之间的通讯。IPC代码展示了进程之间如何共享信息、相互传递消息以及从共享资源中获取必要的数据。

int pipewrite(struct pipe *p, char *addr, int n)
{
  int i;
  if (n == 0)
    return 0;
  acquire(&p->lock);
  for (;;) {
    if (p->nwrite != p->nread || p->killed) {
      break;
    }
    wakeup(&p->nread);
    sleep(&p->nwrite, &p->lock);
  }
  if (p->killed) {
    release(&p->lock);
    return -1;
  }
  for (i = 0; i < n; i++) {
    if (p->nwrite == p->nread + PIPESIZE) {
      wakeup(&p->nread);
      sleep(&p->nwrite, &p->lock);
      i--;
      continue;
    }
    p->data[p->nwrite % PIPESIZE] = addr[i];
    p->nwrite++;
  }
  wakeup(&p->nread);
  release(&p->lock);
  return n;
}

上述代码展示了如何在管道中写入数据。在这个例子中，我们可以看到，写入数据与其他进程的同步是如何处理的。

六、总结

通过以上几个方面，我们可以清晰地了解MIT6S081的代码。MIT6S081是一门真正的系统课程，覆盖了操作系统、虚拟内存、驱动程序、IPC等领域，并且通过阅读代码可以获得更多的启示。

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