Update report

docs/FinalReport.md

@@ -4,7 +4,7 @@
 
 计53 王润基 2015011279
 
-2018.05.25
+2018.05.25 + 06.15
 
 ## 摘要
 
@@ -49,6 +49,8 @@
 * 同步互斥：没写
 * 文件系统：SFS和VFS作为单独模块实现完毕，还没对接到进程中
 
+到第16周，完成了同步互斥部分，并对内存管理进行了整合优化。
+
 具体完成过程和内容参见下文，各部分完成情况清单参见[status.md](../status.md)。
 
 ### 前期调研情况
@@ -228,6 +230,37 @@ CLion配合gdb调试的方法：详见日志2018.05.18的记录
 
 Log模块是软件开发中一种常用的库，它可以支持在程序各处记录不同等级的日志，汇总到一起统一输出。我在RustOS中引入了这个库，并实现了根据不同日志等级以不同的颜色进行输出，还支持在运行前对指定等级的日志进行过滤，方便debug。
 
+### 6. 同步互斥
+
+在内核线程调度的基础上，实现了用于内核态的同步互斥工具。这部分参考了spin模块和Rust标准库中的sync模块，并提供和std::sync完全相同的接口。作为测试，仿照uCore，用这些工具在OS内实现了哲学家就餐问题。
+
+各模块依赖关系如下：
+
+```mermaid
+graph TB
+   subgraph dependence
+       interrupt
+       thread
+   end
+   subgraph sync
+       SpinLock --> interrupt
+       Condvar --> SpinLock
+    Condvar --> thread
+    Mutex --> Condvar
+       Monitor --> Condvar
+       Semaphore --> Condvar
+       Semaphore --> SpinLock
+       mpsc --> SpinLock
+    mpsc --> Condvar
+   end
+subgraph test
+       Dining_Philosophers --> Mutex
+       Dining_Philosophers --> Monitor
+   end
+```
+
+Rust中提供同步互斥的最底层支撑是核心库中的原子变量`AtomicBool`，用它即可实现最简单的自旋锁`spin::Mutex`。自旋锁已经可以满足OS内核中的大部分需求，但如果在中断和非中断态都访问同一个锁，就可能造成死锁问题，这就需要在上锁期间关闭中断。此外，还要实现支持线程调度的锁，在无法获得锁时，将当前线程加入等待队列并放弃CPU，在用锁完毕时唤醒一个等待的线程。我通过将`spin::Mutex`修改为一个可替换底层支持的锁框架，实现了上述两个需求。在此基础上，又实现了信号量、条件变量、信息传递通道，形成了比较完善的同步互斥工具组。这部分共计约400行代码。
+
 ## 实验总结
 
 在整个移植过程中，我并不会直接照搬C语言的实现，而是去参考其他RustOS的设计，尽量使用Rust的风格和视角去重新审视OS。

docs/Log.md

@@ -2,6 +2,41 @@
 
 这里以天为单位，以周为周期，按时间倒序维护了开发日志。
 
+### 第15周
+
+#### 2018.06.06：FS-Process
+
+- 学习xv6/uCore中文件系统上层接口
+- 尝试在Rust中实现RootFS和FileManager
+
+#### 2018.06.04：完成同步互斥
+
+- 完成了信号量、条件变量，哲学家就餐问题
+- 简易实现了std::sync::mpsc中的FIFO消息传递通道
+
+#### 2018.06.03：新的物理帧分配器
+
+- 实现了新的物理帧分配器，支持回收。其本质是一个0-2^k的整数分配器，内部用bitset维护，并形成树状级联结构，每16bit对应上层1bit，用x86专有指令bsr（相当于整数log2）实现快速分配。目前使用容量为64Kb的分配器，可维护256MB内存空间，实际占用内存9KB以内。
+- 由于Rust语言的限制，该类无法实现const fn构造函数，只能使用lazy_static等tradeoff进行运行时初始化。这时必须开启至少O1优化（使用RVO返回值优化，防止在栈上构造再复制到全局变量），否则会栈溢出。
+
+#### 2018.06.02：重构内存管理模块
+
+- 大幅调整了内存管理模块，对外统一使用MemorySet管理一个线程的内存，简化了使用方式。
+
+#### 2018.06.01：同步互斥进阶
+
+- 完成了OS内用锁实现的哲学家就餐问题，和OS外用条件变量的实现。
+- 关于Rust并发模型：Rust的所有权机制使得它可以轻松支持【锁数据】而不是【锁代码】。这使得在实现上述哲学家就餐问题时，用锁非常自然，而用条件变量（管程）则不太直观。
+
+### 第14周
+
+#### 2018.05.31：同步互斥初步
+
+* 将spin::Mutex代码fork了一份到内核中，在其中实现了一个接口框架，可以自由替换底层支持。在此框架下，已经实现了自旋锁(spin_lock)、禁止中断的自旋锁(spin_lock_irqsave)，接下来就可以实现自动调度的锁了。
+* 实现了禁止中断自旋锁后，即可打开syscall的中断了。
+* 为了方便内核态的线程操作，将原有的process模块又封装了一层thread接口，长得和标准库一模一样（std::thread）。这样具体的同步互斥问题（如哲学家就餐）可以先在外部环境中依赖std库实现并测试，然后方便地移植到OS环境中。
+* 在此过程中又学习了关于内核抢占、同步互斥锁等相关资料，感觉又是个大坑。并且发现我实现的RustOS一直是内核可抢占的，主要依赖时钟中断进行线程切换，不知要不要改掉。
+
 ### 第13周
 
 本周完成的主要工作： 

status.md

@@ -42,10 +42,10 @@
 
 #### lab7: Synchronization 
 
-- [x] Mutex：Rust core lib built-in
+- [x] Mutex
-- [ ] Semaphore
+- [x] Semaphore
-- [ ] Monitor
+- [x] Monitor
-- [ ] Dinning Philosophers Problem
+- [x] Dinning Philosophers Problem
 
 #### lab8: File system