2023暑期小班OS实训

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目标：
在暑期学习Rust编程/计算机科学基础/计算机系统基础/操作系统原理与实践

学员：
djx、lzd、hjy、zdw、wyj

纪要：

• djx日志
• lzd日志

导师：
cy

参考：

• 学习记录的标杆1
• 学习记录的标杆2
• 训练营学习资源
• 2023OS训练营

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初步计划

基础理论部分：

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1. 自学“计算机科学基础”
   1.1 自学教材“计算机科学概论(第11版)”（第7/9/10章和标了*号的小节不用学习）
   已完成：djx(20230702)、lzd(20230702)
   进行中：hjy

2. 自学“CSAPP“
   2.1 自学教材“CSAPP” 的前八章

进行中：hjy
已完成：djx(20230709)、lzd(20230709)

3. 自学”OS“
   3.1 自学教材"OSTEP"英文版 中文版

已完成：
进行中：djx、lzd

工程实践部分：

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1. 自学”Rust编程“
   1.1 自学教材”Rust圣经“
   已完成：djx(20230704) lzd（20230706） hjy(20230713)

2. 自学"OS设计与实现"
   2.1 自学教材"RTB：rCore Tutorial Book v3"
   2.2 自学课件slides-os-lectures
   2.3 实验指导lab0-lab5
   2.4 RISC-V手册：一本开源指令集的指南 重点是第1/2/3/9/10章
   2.5 PPT for RISC-V特权指令级架构

已完成：
进行中：djx, lzd

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学习步骤

前期准备

• 完成“计算机科学基础”学习
• 完成”Rust编程"学习
• 完成“CSAPP”学习

已完成：
进行中：djx、lzd、hjy

阶段学习

step1 （预计4天）

1. 自学： OSTEP：1-6；RTB：0-1 ；slides：1-2；
2. 实践：参考RTB第1章，自己从零开始实现libos的例子（可以抄写代码，但要自己敲入，而不是copy/paste）

已完成：djx（20230714），lzd（20230714）
进行中：

step2（预计4天）

1. 自学： OSTEP：7-11；RTB：2-3 ；slides：3-4, 7-8；
2. 实践：参考RTB第2~3章，完成OS训练营的lab1

step3（预计7天）

1. 自学： OSTEP：13-22；RTB：4-5 ；slides：5-6；
2. 实践：参考RTB第4~5章，完成OS训练营的lab2

step4（预计5天）

1. 自学： OSTEP：1-22(复习)；RTB：1-5（复习） ；slides：3-8（复习）；
2. 实践：完成OS训练营的lab3

step5（预计5天）

1. 自学： OSTEP：39-40；RTB：6 ；slides：9；
2. 实践：完成OS训练营的lab4

step6（预计7天）

1. 自学： OSTEP：26-31；RTB：7-8 ；slides：10-12；
2. 实践：完成OS训练营的lab5

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CSAPP课后练习

第一章：计算机系统漫游

• 解释程序、进程和线程之间的区别和联系。
• 描述静态链接和动态链接的区别，并讨论它们的优缺点。
• 什么是虚拟内存？它的主要目的是什么？如何实现虚拟内存？

第二章：信息的表示和处理

• 解释无符号整数和补码整数的表示方法，并比较它们的差异。
• 如何使用位运算实现乘法和除法操作？
• 什么是浮点数表示法？解释规范化和非规范化浮点数的概念。

第三章：程序的机器级表示

• 解释指令集体系结构（ISA）的概念和作用。
• 什么是汇编语言？描述汇编语言和机器语言之间的关系。
• 解释程序计数器（PC）和栈指针（SP）在程序执行过程中的作用。

第四章：处理器体系结构

• 描述冯·诺伊曼计算机体系结构的基本原理。
• 解释指令流水线的概念，并讨论其优势和局限性。
• 什么是数据相关和控制相关？如何通过插入气泡（bubble）来解决数据相关性？

第五章：优化程序性能

• 解释代码优化的目标是什么？列举至少三种常见的代码优化技术。
• 什么是数据相关性？解释数据相关性对于循环的性能有什么影响？
• 描述循环展开（loop unrolling）的概念，并讨论它的优缺点。
• 什么是依赖于控制的分支（control-dependent branch）？解释如何通过预测分支的方向来提高性能。
• 解释循环不变代码（loop-invariant code）是什么，并说明它在循环优化中的作用。
• 什么是数据流分析？描述如何使用数据流分析来优化程序性能。

第六章：存储器层次结构

• 解释存储器层次结构的目的和工作原理。
• 描述局部性原理，并解释它对于存储器性能的重要性。
• 什么是缓存行（cache line）？解释缓存行对于缓存访问的影响。
• 解释写回（write-back）和写直通（write-through）策略的区别，并比较它们的优缺点。
• 什么是写命中（write hit）和写不命中（write miss）？解释如何处理写不命中。
• 描述虚拟内存和物理内存之间的映射关系，并讨论页表的作用。

第七章：链接

• 解释静态链接和动态链接的区别，并讨论它们的优缺点。
• 描述符号解析的过程，包括符号解析的顺序和解析冲突的处理方法。
• 什么是重定位？解释链接器如何执行重定位操作。
• 解释静态库和动态库的概念，并比较它们的特点和使用场景。
• 什么是链接器脚本（linker script）？描述链接器脚本的作用和用法。
• 解释动态链接的加载过程，包括动态链接器的作用和库的加载顺序。
• 描述符号表的结构和内容，并解释如何使用符号表进行符号解析。
• 什么是重定位表（relocation table）？解释重定位表的作用和格式。
• 解释PLT（Procedure Linkage Table）和GOT（Global Offset Table）的概念，并讨论它们在动态链接中的作用。

第八章：异常控制流

• 解释异常的概念和异常处理的作用。
• 描述用户级别异常和内核级别异常之间的区别和联系。
• 什么是信号（signal）？解释信号的产生和处理过程。
• 解释进程（process）的概念，并讨论进程的创建和终止过程。
• 描述进程上下文切换（context switch）的概念和步骤。
• 什么是系统调用（system call）？解释系统调用的目的和执行过程。
• 解释虚拟内存中的页面错误（page fault）是什么，并描述页面错误处理的过程。
• 什么是共享内存（shared memory）？解释共享内存的概念和使用方法。
• 描述线程（thread）的概念，并讨论线程与进程之间的区别和联系。