于2024.7-2024.9完成6.828课程的学习与代码实现，对操作系统有了更深刻的认识和了解。极大的满足了对操作系统的好奇心，后续进行linux源码学习，也能打下基础。并且对后续的网络学习，数据库学习都有帮助。对实现原理感兴趣的，一定不能错过。😎
6.828课程链接：https://pdos.csail.mit.edu/6.828/2018/schedule.html 英文不好的同学也可以参考中文翻译：https://github.com/jacksonwuu/MIT-6.828-zh
介绍一下每章的大致内容：
lab1的内容分为三个部分：
- part1 简单介绍了汇编语言，物理内存地址空间，BIOS。
- part2 介绍了BIOS从磁盘0号扇区读取 boot loader 到 0x7c00 处，并将 cs:ip 设置为 0x7c00。之后boot loader主要完成： a.创建两个全局描述符表项（代码段和数据段），然后设置CR0进入保护模式； b.从磁盘1号扇区读取4KB到0x10000处，并且识别kernel的ELF文件，加载内核各个段到指定位置。
- part3主要介绍进入内核后的一些操作： a. 首先会统计可用内存，形成空闲内存链表，制作内核页目录，并且配置CR3开启分页模式。 b. 格式化输出字符串的原理。本质还是往物理内存0xB8000起始的显存写数据。 c. 函数调用过程，即栈区的压栈，弹栈，本质上是esp和ebp的跳转。
lab2讲的是操作系统的内存管理，从内容上可用分为三个部分：
- part1 物理内存管理，要进行内存管理首先需要知道哪些物理内存是空闲的，哪些是被使用的。还需要实现一些函数对物理内存进行管理。
- part2 虚拟内存。一个虚拟地址（逻辑地址）如何被映射到物理地址，将实现一些函数来操作页目录和页表从而达到映射的目的。
- part3 内核的地址空间。将结合 part1 和 part2 的成果，对内核地址空间进行映射。
lab3主要介绍 JOS 操作系统中对进程，异常处理，系统调用。也是分为三个部分：
- part1 用户环境建立，可用加载 ELF 文件并且执行。（目前还没有文件系统，只能在内核硬编码需要加载的用户程序，即用户程序必须和内核一起编译）
- part2 建立异常处理机制，异常发生时能从用户态进入内核态进行处理，处理完成返回用户态。（其中涉及GDT权限管理，TSS栈区切换）。
- part3 借助异常处理机制，提供系统调用的能力。
在创建用户进程的时候，需要将用户进程的页目录继承内核页目录，从而实现用户空间对内核空间的隔离，并且为用户态到内核态的转换提供了基础。
异常和中断都是 “受保护的控制转移”，会使得处理器从用户态安全切换到内核态，并且不会给用户态代码提供干扰内核或其他环境的机会。
lab4 主要围绕进程相关概念进行介绍，主要有四个知识点：
- part1 开启多处理器MP。这样每个CPU都能同时允许不同进程，实现真并行。并且需要用到锁来解决多CPU对内核临界区资源的访问。
- part2 实现了简单的进程调度算法，原课程中实现了时间片轮转，本文修改添加了优先级的概念。
- part3 允许用户注册缺页处理函数，通过系统调用实现，可以使用此能力实现写实拷贝技术COW。
- part4 实现了一种简单的进程间通信（IPC），通过实现IPC_recv 和 IPC_send，最多交换的资源为一个页面大小，将页面起始地址放在eax寄存器中（事先规定）。后续的文件服务和网络服务，可以通过IPC实现一种简单的RPC调用。
lab5 主要介绍了文件系统，由于 JOS 是一种微内核，有别于现代操作系统。JOS只负载内核最基本的功能，资源申请，进程创建于调度，中断与异常的处理等。所以文件系统和网络服务，都设计为一种服务进程，用户进程通过IPC与其通信，基于预设的指令（一种union联合体）来实现 RPC 调用。这种设计模型的缺点就是，效率异常低下，一次文件查询，需要经过多次用户态与内核态切换，优点是结构简洁方便初学者学习。 这一章内容，主要可以划分为4个部分：
- part1 引入一个文件系统进程（FS进程）的特殊进程，该进程提供文件操作的接口。
- part2 建立RPC机制，用户进程向 FS 进程发送请求，FS进程真正执行文件操作，并将结果返回给用户进程。
- part3 引入了文件描述符（fd）这一更高级的抽象。fd 相当于是对IO文件的本体，操作接口的一种句柄，高度抽象化的体现（可以理解为从大量的看似不相关的机制中，提取出的公共特征，大道至简！）。通过 fd 可以将控制台，pipe，普通文件，外部设备统统按照文件来对待（因为他们都具有 IO 特性）。
- part4 支持从磁盘加载程序运行，本质上是fork一个子进程，然后execv替换进程的各个段。
lab6围绕网络展开。已经实现了一个具有基础功能的内核，来试试联网吧。但是网络驱动的编写非常复杂，从以太网，IP，到TCP/UDP通信的驱动。所以本章引入了一个在嵌入式中常用的网络驱动库，lwIP，实现轻量化网络服务。提到了3个比较重要的部分：
- part1 内存映射IO。
- part2 DMA技术（做过嵌入式的话应该不陌生）。
- 用户级线程（协程）的实现，当一个用户服务请求发送到网络服务进程，网络服务进程会初步解析任务，之后创建一个协程去负责具体的任务处理，类似于实现了异步操作，防止主进程被请求任务阻塞，导致并发能力下降。
JOS 采用的线程，是为了实现网络服务的并发。无论是进程还是线程，对操作系统来说都是一个可以调度的单位，具有代码段，数据段，栈区，堆区等。线程本质上只拥有自己独立的栈区，其他部分都是共享的父进程。那么用户是不是也可以创建一块栈区，使其成为一种用户级线程。当然可以，但是这种创建的协程无法被调度，因为涉及到底层资源的控制，例如CPU寄存器，用户进程是没有这个权限的，所以需要内核来提供相应的系统调用，辅助用户进程实现协程的创建，切换等。 在现代操作系统中，实现协程，主要通过：
- getcontext(ucontext_t *ucp)
作用：获取当前线程的上下文，并将其存储在 ucp 指向的 ucontext_t 结构体中。 - setcontext(const ucontext_t *ucp)
作用：设置当前线程的上下文为 ucp 指向的上下文。这个调用会立即切换到指定的上下文。 - makecontext(ucontext_t *ucp, void (*func)(), int argc, ...)
作用：为 ucp 指向的上下文设置执行函数 func 和参数。 - swapcontext(ucontext_t *oucp, const ucontext_t *ucp)
作用：保存当前线程的上下文到 oucp 指向的结构体中，并切换到 ucp 指向的上下文。