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线程调度实习报告目录内容一：总体概述 (3)内容二：任务完成情况 (3)任务完成列表（Y/N） (3)具体Exercise的完成情况 (3)内容三：遇到的困难以及解决方法 (8)内容四：收获及感想 (9)内容五：对课程的意见和建议 (9)内容六：参考文献 (9)内容一：总体概述本次lab主要是对线程调度的学习和理解。
当计算机系统是多道程序设计系统时，通常就会有多个进程或或线程同时竞争CPU。
只要有两个或更多的进程处于就绪态，这种情况就会发生，那么就必须选择下一个要运行的进程。
在操作系统中，完成选择工作的这一部分称为调度程序，该程序使用的算法称为调度算法。
进程调度策略的选择对整个系统性能有至关重要的影响，一个好的调度算法应该考虑很多方面：公平、有效、响应时间、周转时间、系统吞吐量等等。
但这些因素之间又是相互矛盾的，最终的取舍根据系统要达到的目标而定,同时我们也可以看出多进程的管理是～种非常复杂的并发程序设计．每个进程的状态不仅由其自身决定，而且还要受诸多外在因素的影响．而在此基础上的进程调度，为了保证操作系统的稳定性、提高效率和增加灵活性，还必须采用很多方法，这些都是值得我们去研究和探讨的。
本次实验针对Nachos系统的代码的阅读和修改，了解Nachos系统中线程调度在代码中如何实现，以及在其上扩展线程调度算法，实现基于优先级的抢占式调度算法。
内容二：任务完成情况任务完成列表（Y/N）Exercise1 Exercise2 Exercise3完成情况Y Y Y具体Exercise的完成情况Exercise1调研了解Linux或Windows中采用的进程/线程调度算法。
解答：Linux 的调度算法演化伴随着其内核版本的更迭，具有代表性的版本以此为：2.4，2.6,以及最近几年频繁更替的版本：3.5,3.6,3.7,3.8，其中3.8 是最新的稳定版本。
下面就其调度机制的演化进行论述。
在 2.4 版本的内核之前，当很多任务都处于活动状态时，调度器有很明显的限制。
北大操作系统高级课程陈向群作业线程调度实习报告一、引言本报告旨在对北大操作系统高级课程中陈向群老师布置的线程调度实习进行总结和反思。
通过本次实习，我深入了解了操作系统中线程调度的原理和技术，并在实践中掌握了相关算法和方法。
二、实习内容1. 实践环境本次实践使用了一台基于Linux系统的虚拟机。
在虚拟机中，我编写了一个简单的多线程应用程序，并通过调整线程调度参数来观察不同调度策略下的线程行为与性能。
2. 理论知识回顾在开始实践之前，我对线程调度的理论知识进行了回顾。
线程调度是操作系统中相当重要的一项功能，其主要目的是合理地分配CPU时间片给不同的线程，以实现最大化系统的性能和资源利用率。
3. 实践过程我首先编写了一个简单的多线程应用程序，其中包含了几个线程并发执行的任务。
然后，我通过修改代码中的调度策略和参数来观察线程的执行顺序和总运行时间。
4. 实践结果和分析通过对不同线程调度策略的尝试，我观察到了不同线程调度策略下线程行为和系统性能的差异。
比如，在FIFO调度策略下，线程按照它们创建的先后次序执行，而在RR（Round-Robin）调度策略下，线程按照时间片的轮转方式进行执行。
5. 总结与反思通过实践，我深刻理解了线程调度的重要性和影响因素。
合理的线程调度策略能够最大化地发挥系统性能，提高计算资源的利用率。
在实践过程中，我也遇到了一些问题和困难，如如何选择最合适的线程调度策略以及如何调整合适的调度参数。
这些问题需要深入研究和探索。
三、实践总结通过这次线程调度实习,我收获了很多。
首先，我深入了解了操作系统中线程调度的原理和技术。
其次，我掌握了一些常见的线程调度算法和方法，并能够通过实践来判断和选择适当的调度策略。
此外，我还掌握了一些调整调度策略和参数的技巧，并能够通过观察线程行为和系统性能的变化来验证和分析调度效果。
然而，这次实习也暴露出了我一些不足之处。
首先，我对于一些现代高级线程调度算法和技术还不够了解，需要进一步学习和研究。
虚拟内存管理实习报告目录内容一：总体概述 (3)内容二：任务完成情况 (3)任务完成列表（Y/N） (3)具体Exercise的完成情况 (3)内容三：遇到的困难以及解决方法 (11)内容四：收获及感想 (11)内容五：对课程的意见和建议 (11)内容六：参考文献 (11)内容一：总体概述本次lab主要是针对操作系统内存管理的学习，内存管理主要有固定分区、可变分区、页式和段式管理。
现代操作系统主要采用页式内存管理，它把用户程序地址空间划分成大小相等的部分，称为页。
内存空间按页的大小划分为大小相等的区域，称为内存块（物理页面，页框，页帧）。
以页为单位进行分配，逻辑上相邻的页，物理上不一定相邻。
虚拟内存的基本思想：每个程序拥有自己的地址空间，这个空间被分割成多个块，每一块称作一页或者页面，每一页有连续的地址范围。
这些页被映射到物理内存，但并不是所有页都必须在内存中才能运行。
当程序引用到一部分在物理内存中的地址空间时，由硬件立即执行必要的映射。
当程序引导到一部分不在物理内存中德的地址空间时，由操作系统负责将缺失的部分装入屋里内存并重新执行失效的指令。
内容二：任务完成情况任务完成列表（Y/N）Exercise1 Exercise2 Exercise3 Exercise4 Exercise5 Exercise6 Exercise7 Challange 完成情况Y Y Y Y Y Y N N具体Exercise的完成情况一、TLB异常处理目前，Nachos系统对于内存的管理是基于软件模拟的TLB机制。
其工作原理、异常处理、替换算法等方面，与分页式内存管理非常相像。
Exercise 1 源代码阅读Ø阅读code/userprog/，着重理解nachos执行用户程序的过程，以及该过程中与内存管理相关的要点。
Ø阅读code/machine目录下的machine.h(cc)，translate.h(cc)文件和code/userprog目录下的exception.h(cc)，理解当前Nachos系统所采用的TLB机制和地址转换机制。
操作系统慕课课后习题答案操作系统慕课课后习题答案在学习操作系统的过程中，我们经常会遇到一些难题，需要通过练习来加深对知识点的理解和掌握。
而操作系统慕课课后习题正是为了帮助我们巩固所学内容而设计的。
本文将针对一些常见的操作系统慕课课后习题进行解答，以帮助读者更好地理解操作系统相关知识。
1. 进程和线程的区别是什么？进程和线程是操作系统中的两个重要概念。
进程是指正在执行的程序的实例，每个进程都有自己的地址空间和资源。
而线程是进程中的一个执行单元，多个线程可以共享同一个进程的资源。
主要区别如下：- 调度：进程是调度的基本单位，而线程是调度的最小单位。
- 资源占用：进程拥有独立的地址空间和资源，而线程共享进程的资源。
- 通信：进程间通信需要通过进程间通信机制，而线程之间可以直接通过共享内存等方式进行通信。
- 创建销毁开销：创建和销毁进程的开销较大，而线程的创建和销毁开销较小。
2. 什么是死锁？如何避免死锁？死锁是指两个或多个进程在执行过程中因争夺资源而造成的一种僵局。
常见的死锁条件包括互斥、请求与保持、不剥夺和循环等。
避免死锁的方法有以下几种：- 预防死锁：通过破坏死锁的四个必要条件来预防死锁。
例如，避免互斥、可剥夺资源、按顺序申请资源等。
- 避免死锁：通过系统资源分配策略来避免死锁。
例如，使用银行家算法等资源分配算法。
- 检测死锁：通过检测系统资源分配状态来判断是否存在死锁。
例如，使用资源分配图等方法进行检测。
- 解除死锁：一旦检测到死锁的存在，可以通过剥夺资源、撤销进程等方式来解除死锁。
3. 什么是虚拟内存？它有什么作用？虚拟内存是一种将磁盘空间作为扩展内存的技术。
它将进程的地址空间划分为若干个页面，并将页面映射到物理内存或磁盘上。
虚拟内存的作用包括：- 扩大内存容量：虚拟内存可以将磁盘空间作为扩展内存，有效地扩大了内存容量。
- 提高程序的运行效率：虚拟内存可以将不常用的页面置换到磁盘上，从而提高了程序的运行效率。
操作系统教程_（陈向群_杨芙清_著）_北京大学出版社第五章存储管理1．产生存储分配问题的背景是什么？何谓静态分配？何谓动态分配？动态分配的原因是什么？答：一个有效的存储分配机制，应对用户提出的需求做出快速响应，为之分配相应的存储空间，在用户作业不需要它时，及时收回，供其他用户使用。
内存分配有两种方式1）静态分配：程序要求的内存空间是在目标模块连接装入内存时确定并分配的，并且在程序运行过程中不允许再申请或在内存中“搬家”，也就是分配工作是在程序运行前一次性完成2）动态分配：程序要求的基本内存空间是在目标模块连接装入内存时确定并且分配的，但是在运行过程中，允许申请附加的内存空间或在内存中“搬家”，也就是分配工作可以在程序运行前及运行过程中逐步完成动态分配的原因：动态分配具有较大的灵活性，对提高内存的利用率，比静态分配更合理些。
2.阐述操作系统中选择存储管理方案的原则。
答：原则：1. 存储管理必须合理地分配内存空间2．为了避免内存中的各个程序相互干扰，还必须实现存储保护3．有效利用内存空间，允许多个作业共享程序和数据4．为了在内存中运行长度为任意大小的程序，必须采用一定的方法“扩充”内存3.可变分区管理方式下，采用移动技术有什么优点？移动一道作业时操作系统要做哪些工作？答：对碎片进行整理，把所有空闲碎片合并成一个连续的大空闲区，供作业使用。
被移动了得程序，需要进行重新定位，可以用动态地址映射实现。
4.用可变分区方式管理主存时，假定主存中按地址顺序依次有5 个空闲区，空闲区的大小依次为 32k,10k,5k,228k,100k。
现有 J1,J2,J3,J4,J5。
它们各需主存1k,10k,108k,28k,1 15k。
若采用最先适应分配法能把这5 个作业按 J1, J5 次序全部装入主存吗？你认为按怎样的次序装入这 5 个作业可使主存空间利用率最高。
答：1) 若采用最先适应分配法，无法将 5 个作业全部装入主存！2）通过对最佳适应分配法和最差适应分配法的分析，其中最差适应分配法的内存空间利用率最高.5．什么是碎片？试述各种多道程序系统存储管理方案中碎片是如何出现的？答：经过一段时间的分配回收后，内存中存在很多很小的空闲块。
系统调用实习报告目录内容一：总体概述 (3)内容二：任务完成情况 (3)任务完成列表（Y/N） (3)具体Exercise的完成情况 (3)内容三：遇到的困难以及解决方法 (6)内容四：收获及感想 (6)内容五：对课程的意见和建议 (7)内容六：参考文献 (7)内容一：总体概述通过这次实习，更加深入地了解了Nachos 系统调用的实现。
巩固了原理课上学习的关于Linux 系统调用的实现细节。
这次试验也主要是系统调用的相关实现涉及了syscall.h，，start.s 的原理部分和相关调用部分的再实现。
内容二：任务完成情况任务完成列表（Y/N）Exercise1 Exercise2 Exercise3 Exercise4 Exercise5 完成情况Y Y Y Y Y具体Exercise的完成情况一、理解Nachos系统调用Exercise 1 源代码阅读阅读与系统调用相关的源代码，理解系统调用的实现原理。
code/userprog/syscall.h解答：该文件是nachos 系统调用的头文件，里面声明了一些nachos 的内核操作，可以被用户程序通过syscall 调用，在用户程序和内核文件中都需包含本文件，其中包含了Halt,Exit,Exec,Join,Create,Open,Read,Write,Close,Fork,Yield 调用方法的声明。
code/userprog/解答：Exception.h 和 是专门用来检测和处理异常信息的类，原始的nachos给出了syscall 异常的处理方式，并通过ExceptionHandler对各种异常进行处理。
code/test/start.s解答：start.s 文件中用汇编语言协助用户程序在nachos 中运行，以避免使用完整的c 库，我们定义了用户程序所需要的东西以便进行系统调用。
二、文件系统相关的系统调用Exercise 2系统调用实现类比Halt的实现，完成与文件系统相关的系统调用：Create, Open，Close，Write，Read。
同步机制实习报告目录内容一：总体概述 (3)内容二：任务完成情况 (3)任务完成列表（Y/N） (3)具体Exercise的完成情况 (3)内容三：遇到的困难以及解决方法 (13)内容四：收获及感想 (13)内容五：对课程的意见和建议 (13)内容六：参考文献 (13)内容一：总体概述本次lab是对进程的同步和互斥的相关调用和实验。
进程的同步和互斥是在多道程序并发时由于程序执行的间断性而导致了执行结果的不确定性，引出来的概念。
同步关系就是进程之间执行的时候有先后顺序而产生的一种关系，互斥关系是程序共享临界资源的时候必须互斥的使用而产生的一种关系。
同步和互斥有很多种解决方法，nachos提供了使用P、V操作来控制同步和互斥。
内容二：任务完成情况任务完成列表（Y/N）Exercise1 Exercise2 Exercise3 Exercise4完成情况Y Y Y Y具体Exercise的完成情况Exercise1调研调研Linux中实现的同步机制解答：原子操作原子操作是不可分割的，在执行完毕不会被任何其它任务或事件中断。
在单处理器系统（UniProcessor）中，能够在单条指令中完成的操作都可以认为是"原子操作"，因为中断只能发生于指令之间。
这也是某些CPU指令系统中引入了 test_and_set、test_and_clear等指令用于临界资源互斥的原因。
但是，在对称多处理器（Symetric Multi-Processor）结构中就不同了，由于系统中有多个处理器在独立地运行，即使能在单条指令中完成的操作也有可能受到干扰。
我们以 decl（递减指令）为例，这是一个典型的"读－改－写"过程，涉及两次内存访问。
自旋锁自旋锁：单处理器非抢占式内核和对称多处理器或抢占式内核Linux 2.4.x及以前的版本都是非抢占式内核方式，如果编译成单处理器系统，在同一时间只有一个进程在执行，除非它自己放弃，不然只有通过"中断"才能中断其执行。
阅读代码：1.基本头文件：types.h param.hmemlayout.h defs.hx86.h asm.hmmu.h elf.h2.进程线程部分：vm.c proc.h proc.c swtch.S kalloc.c以及相关其他文件代码强调一下：由于内存管理部分还没有学到，所以请同学们遇到相关的代码和问题时，先将问题记录下来，到学过之后，再结合进程线程管理部分进行深入学习，最后要求对XV6有整体的理解。
请大家围绕如下一些问题阐述原理课的相关内容，以及XV6中是如何实现的。
1.什么是进程，什么是线程？操作系统的资源分配单位和调度单位分别是什么？XV6中的进程和线程分别是什么，都实现了吗？答：进程是在多道程序系统出现以后，为了描述系统内部各作业的活动规律而引进的概念。
进程有3个基本状态，运行状态、就绪状态和等待状态（或称阻塞状态）；进程只能由父进程建立，系统中所有的进程形成一种进程树的层次体系；挂起命令可有进程自己和其他进程发出，但是解除挂起命令只能由其他进程发出。
进程是具有独立功能的程序关于某个数据集合上的一次运行活动，是系统进行资源分配和调度的独立单位。
线程可称为轻量级的进程，是操作系统可以运行调度的最小单位。
线程是进程内的一个相对独立的可执行的单元。
若把进程称为任务的话，那么线程则是应用中的一个子任务的执行。
不论操作系统中是否引入了线程，操作系统中资源分配的基本单位都是进程。
如果操作系统没有引入线程那么进程就是调度的基本单位。
线程并不独立拥有资源，它仅仅分配了一些运行必备的资源。
一个进程中的多个线程共同分享进程中的资源。
在引入了线程的操作系统中，线程就变成了调度的基本单位，进程中的部分线程阻塞并不代表该线程被阻塞。
xv6操作系统实现了一个基于进程（没有实现线程）的简单进程管理机制。
通过对proc.h 文件的阅读了解到xv6的进程中定义了一个context结构，一个枚举类型proc_state定义了UNUSED, EMBRYO, SLEEPING, RUNNABLE, RUNNING, ZOMBIE 这6种进程的状态，proc结构定义了进程控制块的内容，cpu结构定义了寄存器和栈指针。
2.进程管理的数据结构是什么？在Windows，Linux，XV6中分别叫什么名字？其中包含哪些内容？操作系统是如何进行管理进程管理数据结构的？它们是如何初始化的？答：进程管理的数据结构是进程控制块（PCB）。
在Linux中进程控制块的结构是由一个叫task_struct的数据结构定义的，ask_struct存在/include/ linux/sched.h中，其中包括管理进程所需的各种信息。
在创建一个新进程时，系统在内存中申请一个空的task_struct 区，即空闲PCB 块，并填入所需信息。
同时将指向该结构的指针填入到task[]数 组中。
当前处于运行状态进程的PCB 用指针数组current_set[]来指出。
这是因为Linux 支持多处理机系统，系统内可能存在多个同时运行的进 程，故current_set 定义成指针数组。
Windows 的进程由执行体进程块EPROCESS 表示，EPROCESS 即执行体进程对象。
在Windows 中，PCB 也称为内核进程块KPROCESS （KPROCESS 即内核进程对象）EPOCESS 和KPROCESS 位于内核空间，PEB 位于用户空间。
XV6的进程控制块是proc 类中的proc 定义了进程ID ，进程状态，父进程，context 保存寄存器为内核的上下文切换，cpu 记录了内存地址和栈指针等。
XV6中通过 对进程进行控制管理，get_raw_proc()方法可以创建一个新的进程并对进程进行初始化分配进程页表和内核堆栈。
3. 进程有哪些状态？请画出XV6的进程状态转化图。
在Linux ，XV6中，进程的状态分别包括哪些？你认为操作系统的设计者为什么会有这样的设计思路？答：XV6进程包括UNUSED, EMBRYO, SLEEPING, RUNNABLE, RUNNING, ZOMBIE 这6种状态即未使用态、初始态、等待台、就绪态、运行态、僵尸态。
状态转换图如下：之所以这样设计是为了实现多道程序的交叉运行，和方便设计各种进程调度算法。
在时间片轮转调度算法中RUNNING 的程序在时间片到的时候就会转成RUNNABLE 同时让出CUP 。
而正在EUNNING 的程序如果遇到资源申请，就会主动放弃CPU 进入SLEEPING 状态。
但是SLEEPING 状态的程序如果得到资源之后并不能马上进入RUNNING 而是先进入就绪队列等待CUP 调度。
Linux 的进程状态可分为R (TASK_RUNNING)，可执行状态，S (TASK_INTERRUPTIBLE)，可中断的睡眠状态，D (TASK_UNINTERRUPTIBLE)，不可中断的睡眠状态，T (TASK_STOPPED or TASK_TRACED)，暂停状态或跟踪状态，Z (TASK_DEAD - EXIT_ZOMBIE)，退出状态，进程成为僵尸进程，X (TASK_DEAD - EXIT_DEAD)，退出状态，进程即将被销毁。
4. 如何启动多进程（创建子进程）？如何调度多进程？调度算法有哪些？操作系统为何要限制一个CPU 最大支持的进程数？XV6中的最大进程数是多少？如何执行进程的切换？什么是进程上下文？多进程和多CPU 有什么关系？答：子进程都是由父进程创建的，比如使用fork()函数。
创建的过程为1).为子进程分配一个空闲的proc 结构（进程描述符）2).赋予子进程唯一标识pid3).以一次一页的方式复制父进程地址空间（有什么问题？）4).获得子进程继承的共享资源的指针，如打开的文件和当前工作目录5).子进程就绪，加入调度队列6).对子进程返回标识符0；向父进程返回子进程pid处理机调度可分为三个层次：长程调度、中程调度、短程调度。
长程调度（作业调度或宏观调度）:创建新进程时是否进入当前活跃进程集合。
中程调度涉及进程在内外存间的交换，从负载控制的角度，把一些进程换出到外存上，可为其他进程的执行提供所需内存空间，如需要再换入到内存。
短程调度（微观调度）:从CPU分配的角度，需要经常选择就绪进程或线程进入运行状态，短程调度的时间尺度通常是毫秒级的。
由于短程调度算法的频繁使用，要求在实现时做到高效。
常见的调度算法有：先来先服务、优先级调度算法、短作业优先算法、最短剩余时间优先算法、时间片轮转算法、高响应比优先算法、多级反馈队列算法。
XV6的最大进程数写在param.h文件中的#define NPROC 64 属性中。
可以看出XV6默认定义的最大进程数是64。
进程切换是一个进程让出处理器，由另一个进程占用处理器的过程。
进程的切换是由进程状态的变化引起的，而进程状态的变化又与出现的事件有关。
当有事件（中断或异常）发生时，当前运行进程暂停，由操作系统处理出现相应事件。
处理结束，某些进程的状态会发生变化，因此，要调整队列。
之后，进程调度根据调度算法从就绪队列选一个进程占用CPU。
这个进程可能仍然是被中断的进程，也可能是另一个进程。
进程的上下文包括当前进程的程序计数器PC和当前运行的CPU中各个寄存器的内容。
当进程切换和发生中断的时候这些信息要保存下来以便于下次运行时使用。
多进程和多CPU我理解他们的区别就是并发和并行的区别。
多进程是并发执行，就是在一个时间段内有多个进程在执行，但是在某个时间点上是只有一个进程执行。
5.内核态进程是什么？用户态进程是什么？它们有什么区别？答：多数系统将处理器工作状态划分为内核态和用户态。
前者一般指操作系统管理程序运行的状态，具有较高的特权级别，又称为特权态、系统态或管态；后者一般指用户程序运行时的状态，具有较低的特权级别，又称为普通态、目态。
如果操作系统允许用户对计算机做任何操作都可以的话，我们的计算机一天死N次机都不足为奇。
区分了用户态和内核态就是限定用户什么操作可以做，什么操作不能让用户直接做。
如果遇到不能让用户直接做的操作，用户就必须请求操作系统做系统调用，这样操作系统就会进入内核态进行系统操作。
内核态的进程就是系统进入内核态之后进行系统操作所产生的进程。
而用户态进程是用户通过请求操作而产生的进程。
它们的主要区别有：1).运行在不同的系统状态，用户态进程执行在用户态，内核态进程执行在内核态。
2).进入的方式不同用户态进程直接进入而内核态必须通过运行系统调用命令。
3).返回方式不同，用户态进程直接返回，内核态进程有重新调度过程。
4).内核态进程优先级要高于用户态进程。
并且内核态进程特权级别最高，它可以执行系统级别的代码。
6.进程在内存中是如何布局的，进程的堆和栈有什么区别？答：内存分为内核空间和用户空间，内核空间一般运行操作系统程序而用户空间一般运行用户程序。
主要目的是对系统程序进行包含。
进程在内存中包含堆、栈、数据段、代码段。
代码段：保存程序的执行码。
在进程并发时，代码段是共享的且只读的，在存储器中只需有一个副本。
数据段：此段又称为初始化数据段，它包含了程序中已初始化的全局变量、全局静态变量、局部静态变量。
栈：程序执行前静态分配的内存空间，栈的大小可在编译时指定，Linux环境下默认为8M。
栈段是存放程序执行时局部变量、函数调用信息、中断现场保留信息的空间。
程序执行时，CPU堆栈段指针会在栈顶根据执行情况进行上下移动。
堆：程序执行时，按照程序需要动态分配的内存空间。
malloc、calloc、realloc函数分配的空间都在堆上分配。
其他要求，请同学们1.独立完成，不要抄袭；2.字数大约2000-3000字，不要粘贴大量代码；3.可以就其中一个你感兴趣的问题进行深入论述，不一定全部答完，但是要有自己的理解；4.可结合多种操作系统（windows，linux）的实现来进行问题说明。
