2024年开源操作系统训练营第三阶段总结-silent12rt

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+title: 2024年开源操作系统训练营第三阶段总结-silent12rt
+date: 2024-11-08 14:57:58
+categories:
+    - 2024秋冬季开源操作系统训练营 
+tags:
+    - author:silent12rt
+    - repo:https://github.com/LearningOS/2024a-rcore-Silent12rt.git
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+```bash
+make -C /home/linux/vscode/arceos A=/home/linux/vscode/my_arceos_app ARCH=aarch64 LOG=debug SMP=1 run
+```
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+## U.1.0 HelloWorld
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+![!\[\[Pasted image 20241111091146.png\]\]](<2024年开源操作系统训练营第三阶段总结-silent12rt/Pasted image 20241111091146.png>)
+该图展示了一个应用程序（`hello_world`）在系统中各个模块（如`axruntime`、`axhal`、`axstd`、`arceos`）之间的结构和交互关系。以下是各个部分的功能说明：
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+1. **axhal**（硬件抽象层）：该层对硬件细节进行抽象，为更高层提供一个屏蔽底层硬件的基础，使上层不需要直接管理底层硬件。
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+2. **axruntime**（运行时环境）：该层管理应用程序的运行时环境，包括内存分配、线程调度和其他运行时服务，是应用程序正常运行的基础。
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+3. **ulib（axstd）**：这是一个标准库，为应用层提供通用功能和实用工具，可能包含基本的I/O操作、数据处理等辅助功能。
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+4. **api（arceos）**：这是与底层操作系统（ArceOS）的应用编程接口，允许应用程序执行系统级操作，如文件管理、进程间通信等。
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+5. **app（hello_world）**：这是用户的应用程序，利用`axstd`和`arceos`提供的库和接口来执行特定任务。
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+6. **执行流程**：
+   - 左侧的**准备环境**（蓝色箭头）表示系统的准备阶段，在此阶段，配置和初始化必要的资源和环境。
+   - 右侧的**调用功能**（橙色箭头）表示应用程序在运行时与`axstd`和`arceos`进行的交互，通过这些库和API执行特定功能。
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+## U.2.0 Collections
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+#### Buddy System（伙伴系统）
+1. 分配内存单元
+	设置最小分配单元（通常是 2 的幂次方大小），而不是按1字节来分配。这种划分可以提高分配效率，并且降低管理开销。例如，如果分配单元是 8 字节，最小分配的内存块将是 8 字节。在 Buddy System 中，不同大小的块按 2 的幂次划分（即 8、16、32、64 等），每个大小被称为一个 order。每个 order 是一种特定大小的块。
+2. 分配过程
+	- 寻找最小满足请求的块。当程序请求内存时，分配器首先确定需要分配的块的大小（例如 64 字节）。然后分配器会在内存池中找到最小的能满足此请求的 order 块（例如 128 字节的块，若没有 64 字节的块）。
+	- 二分切割。如果找到的 order 大于所需的大小，那么分配器将不断地对该块进行 二分切割，直到得到匹配所需大小的块。
+	- 返回分配的块：分配器返回一个与请求大小匹配的块，并将它从空闲列表中移除。此时，程序可以使用该块。
+3. 释放过程
+	- 检查是否有空闲的邻居块：当程序释放某块内存时，分配器会检查该块是否有“伙伴”块（即同一级的邻居块）也是空闲的。两个邻居块的地址通常具有某种关系，使分配器可以根据地址快速定位伙伴块。
+	- 合并到高 order：如果找到空闲的伙伴块，分配器会将两个相邻的空闲块合并成一个更大的块。这个合并过程会尽量继续进行，直到不能再合并为止。
+	- 挂到 Order List：如果无法进一步合并，最终的空闲块会挂到相应的空闲列表（Order List）中，以备后续分配使用。
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+#### 内存分配算法-Slab
+![!\[\[Pasted image 20241111191653.png\]\]](<2024年开源操作系统训练营第三阶段总结-silent12rt/Pasted image 20241111191653 1.png>)
+分配过程
+1. 找到合适的OrderList
+	根据请求的内存大小，找到合适的 OrderList。OrderList 会匹配内存大小，确保分配合适的 Slab。
+2. 从 Slab 的空闲块链表中获取 block
+	- 从空闲块链表 (Free Block List) 中弹出一个 block，完成分配。
+	- 如果空闲块链表中没有可用的 block，则进入下一步。
+3. 调用 BuddyAllocator 分配新块：
+	- 当空闲链表中没有足够的块时，向 Buddy Allocator 请求一个较大的内存块。
+	- 将分配到的较大内存块切分为符合 Slab 需求大小的 block，然后加入到该 Slab 的空闲块链表。
+	- 最终，分配请求从空闲块链表中取出一个 block 返回。
+
+释放过程
+1. 释放 block 到空闲块链表
+	- 释放时，将 block 放回对应 Slab 的空闲块链表。
+	- 这样，当后续需要分配类似大小的块时，可以直接从该空闲块链表中分配，避免重复分配和释放较大块的开销。
+2. 管理内存回收
+	- 如果某个 Slab 变得完全空闲（即所有 block 都释放），可以选择将该 Slab 的内存归还给 Buddy Allocator，以释放更多内存供其他用途。
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+## U.3.0 Collections
+
+## U.4.0 Collections
+
+#### 核心算法：context_switch
+任务上下文Context: 保存任务状态的最小的寄存器状态集合。
+![!\[\[Pasted image 20241112144224.png\]\]](<2024年开源操作系统训练营第三阶段总结-silent12rt/Pasted image 20241112144224.png>)
+ra: 函数返回地址寄存器，这个切换实现了任务执行指令流的切换。
+sp: 任务即线程，这个是线程栈
+s0~s11：按照riscv规范，callee不能改这组寄存器的信息，所以需要保存。
+
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+#### 抢占式调度算法ROUND_ROBIN
+在协作式调度FIFO的基础上，由定时器定时递减当前任务的时间片，耗尽时允许调度，一旦外部条件符合，边沿触发抢占，当前任务排到队尾，如此完成各个任务的循环排列。
+![!\[\[Pasted image 20241112151551.png\]\]](<2024年开源操作系统训练营第三阶段总结-silent12rt/Pasted image 20241112151551.png>)
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+#### 抢占式调度算法CFS(Completely Fair Scheduler)
+![!\[\[Pasted image 20241112151735.png\]\]](<2024年开源操作系统训练营第三阶段总结-silent12rt/Pasted image 20241112151735.png>)
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