实验目的
1.理解操作系统的概念和内在结构。
2.理解操作系统代码的实现。
3.锻炼真实操作系统的设计，提高自己的编程能力。
实验内容
第一部分 进程同步管理（实验3）
这个实验的本质是实现生产者——消费者问题。在进程的同步问题中，生产者——消费者问题是比较简单的一个，主要思想是使用缓冲区的概念，并把信号量的机制用于控制程序对临界区进行操作。Nachos系统要我们实现的是单个环形缓冲区，单生产者多消费者模式，于是需要的信号量有3个，mutex用来控制临界区，nempty和nfull控制缓冲区的空闲与占用情况。以消费者为例，获取资源、写入缓冲区的模式为：
empty->P();
mutex->P();
ring->Put(message);
mutex->V();
nfull->V();
消费者的模式恰好相反，原理上是相同的，只是需要用创建线程的方法产生多个消费者。实验的过程总体比较顺利，只是需要注意的是随机数种子的设定，Nachos提供了随机数的产生方法，但是一开始我没有注意，导致生成的文件总是出现一个文件全是记录，另一个却为空的情况。
第二部分 文件管理（实验4, 5）
实验4主要是用来熟悉Nachos文件系统的常用命令，格式化磁盘，显示文件内容，复制文件等命令的执行比较简单。实验5才是真正考验对文件系统理解的部分。实验指导书给出的问题很简单：让Nachos文件系统具备可扩展性，但是要想实现这个功能需要做的工作很多，因为文件系统是一个多部分协同配合的系统，更改一个地方牵扯很多文件的修改。而且实验的环境是lab5文件夹，而原始文件夹filesys的内容不能全部复制到lab5文件夹中，这就需要确定需要复制哪些文件。一开始我没有什么思路，因为这样的修改任务之前没有遇到过，后来在同学的帮助下逐渐理解了整个Nachos文件系统的结构。
实验指导书提示了我们文件系统各模块的相互依赖关系，于是我开始顺着这个思路去走，打开这几个文件，找出它们所起的真正作用。directory用于管理文件名和扇区的对应关系，filehdr用于管理文件头，filesys用于宏观管理文件系统， openfile用于对文件执行具体操作，synchdisk用于控制磁盘的同步。确定了这些模块的作用后，就可以确定哪些模块是这个实验所必需的了。这个实验需要保证文件头、文件所在扇区以及具体操作，所以synchdisk就不需要复制到lab5文件夹里面了。
接下来的工作便是文件系统的具体修改工作。要使得文件系统具有扩展大小的功能，首先需要让文件头具备扩展功能。于是需要修改filehdr.cc，添加AppendSector方法，大体思想也比较简单，也就是利用bitMap自带函数Find的寻找空闲扇区的方法。让文件真正具有扩展功能的关键是openfile.cc，因为它才是文件系统的执行者。在openfile.cc文件中，OpenFile类中加入用于追加文件的AppFileSize方法。这个方法首先获取空闲的扇区，构造BitMap对象，传给FileHeader类的对象（也就是这个OpenFile的文件头），执行AppendSectors方法，扩大文件的长度。最后添加WriteBack和Append方法即可。
这个实验花费的时间相对较长，却是在我操作系统实验过程中收获最大的一个。依赖关系的处理，多文件的相互制约以及文件系统的管理方式，这些都值得花时间再去领悟一番。
第三部分 内存管理与系统调用（实验6, 7, 8）
实验6与实验4类似，属于体验型实验，对Nachos系统的内存分页机制有一个初步的了解。实验7是对内存管理中对于地址的扩展，要求新的Nachos系统具备多用户程序运行的功能。Nachos不能实现多用户程序的根本原因是AddrSpace在分配内存时是直接从0号内存地址开始分配，所以解决的办法是利用bitmap找到空闲内存分配给所需进程，修改之后内存是用位图的Find函数来寻找空闲的地址，而且让数据和代码以扇区方式存储，这样就避免了新进程占用老进程地址空间的情况。 实验8则是在实验7的基础上加入了异常处理机制，在exception.cc中添加SC_Exec异常，存放要执行的文件的路径的字符串的首地址存放在4号寄存器中，因此可以通过这个方式找到文件的路径，从而使用文件系统提供的方法打开这个文件。整体而言实验8比实验7简单一些，因为实验7中有许多需要注意的细节，比如静态变量的使用，以及交叉编译的思想等等，都需要通过实验来体会。
实验体会
上学期我们学习了操作系统这门课，当时的实验以具体的算法为主；而这学期的课程设计则是一次真正的考验，因为我们接触的是修改已有的操作系统——Nachos，尽管这个系统还比较粗糙。在为期两个多月的实验中，我体会到了操作系统的核心概念和思想，对于进程管理、文件管理、内存管理这些老生常谈的理论有了实践的积累。所有的实验都是基于Linux条件下进行的，这样就更能锻炼我们Linux环境下程序设计与调试的能力。整体而言实验的难度不小，更强调代码的实现而不是算法的设计。在今后的学习中，我会更加清晰地认识操作系统，并把操作系统的知识运用到今后应用的各个领域，同时Linux系统的实践也会让我对项目的开发与维护有全新的认识，帮助我的工作能力的提升。
