"JOS操作系统实验4是Java程序员和爱好者合作开发的一个开源Java操作系统项目。实验涉及调度算法、用户态页故障处理、复制写时复制的fork函数、可抢占调度和进程间通信(IPC)的实现。实验分为三个部分,分别在三周内完成,并有相应的任务清单和代码修改要求。实验代码分布在`kern`、`inc`和`lib`目录下,包括调度、内存管理、系统调用、陷阱处理、页故障处理和进程通信等关键功能的实现。"
在这个实验中,学生们将面临以下几个核心知识点:
1. **轮转调度算法(Round-robin Scheduling)**: 这是一种基本的多任务调度算法,每个进程被分配一个固定的时间片来执行,当时间片耗尽后,进程会被挂起,让其他进程有机会运行。在JOS中,需要实现这个调度算法并确保其在时钟中断中调用。
2. **环境(Environment)的创建和系统调用**: 学生需要实现创建新环境所需的系统调用,这通常涉及到进程的创建和上下文切换。
3. **用户态页故障处理**: 当进程试图访问未映射的页面时,会产生页故障。实验要求在用户态实现页故障处理函数,这可能涉及到页表管理和内存分配。
4. **复制写时复制(Copy-on-Write, COW)的fork函数**: 在这个阶段,学生需要实现一个fork函数,它创建一个与原进程共享大部分数据的新进程,只有在数据被修改时才会复制。这涉及到页表的管理和权限控制。
5. **可抢占调度(Preemptive Scheduling)**: 需要在时钟中断中调用调度函数,使得高优先级的进程可以随时打断低优先级进程的执行。
6. **进程间通信(IPC)**: 实现进程间的消息传递机制,这是操作系统中进程协作的重要方式。在JOS中,可能需要设计和实现特定的数据结构和协议来支持这一功能。
7. **代码修改**: 在`kern`目录下的`init.c`、`pmap.c`、`syscall.c`、`trap.c`、`picirq.c`和`sched.c`等文件中添加或修改代码,以实现上述功能。`inc`目录中的`mmu.h`、`memlayout.h`和`env.h`等头文件可能需要更新以适应新的内存布局和环境结构。`lib`目录中的`entry.S`、`pfentry.S`、`pgfault.c`和`fork.c`以及`ipc.c`等文件则涉及到页故障处理、进程创建和通信的用户层实现。
8. **文档编写和问题解答**: 实验要求不仅完成编程任务,还要记录过程和思考,解答相关问题,并可能挑战更复杂的设计。
通过这个实验,学生将深入理解操作系统的内核机制,包括调度、内存管理和进程通信等关键概念,同时锻炼实际编程和调试能力。