rcore-os · AsakuraMizu · Jan 11, 2026
diff --git a/ch5/book/0intro.md b/ch5/book/0intro.md
diff --git a/ch5/book/1process.md b/ch5/book/1process.md
diff --git a/ch5/book/2core-data-structures.md b/ch5/book/2core-data-structures.md
diff --git a/ch5/book/3implement-process-mechanism.md b/ch5/book/3implement-process-mechanism.md
diff --git a/ch5/book/4scheduling.md b/ch5/book/4scheduling.md
diff --git a/ch5/book/5exercise.md b/ch5/book/5exercise.md
@@ -0,0 +1,251 @@
+# 练习
+
+## 课后练习
+
+### 编程题
+
+1. \* 实现一个使用nice,fork,exec,spawn等与进程管理相关的系统调用的linux应用程序。
+2. \* 扩展操作系统内核，能够显示操作系统切换进程的过程。
+3. \* 请阅读下列代码，分析程序的输出 `A` 的数量：( 已知 `&&` 的优先级比 `||` 高)
+   > ```c
+   > int main() {
+   >     fork() && fork() && fork() || fork() && fork() || fork() && fork();
+   >     printf("A");
+   >     return 0;
+   > }
+   > ```
+
+   > 如果给出一个 `&&` `||` 的序列，如何设计一个程序来得到答案？
+4. \*\* 在本章操作系统中实现本章提出的某一种调度算法（RR调度除外）。
+5. \*\*\* 扩展操作系统内核，支持多核处理器。
+6. \*\*\* 扩展操作系统内核，支持在内核态响应并处理中断。
+
+### 问答题
+
+1. \* 如何查看Linux操作系统中的进程？
+2. \* 简单描述一下进程的地址空间中有哪些数据和代码。
+3. \* 进程控制块保存哪些内容？
+4. \* 进程上下文切换需要保存哪些内容？
+5. \*\* fork 为什么需要在父进程和子进程提供不同的返回值？
+6. \*\* fork + exec 的一个比较大的问题是 fork 之后的内存页/文件等资源完全没有使用就废弃了，针对这一点，有什么改进策略？
+7. \*\* 其实使用了6的策略之后，fork + exec 所带来的无效资源的问题已经基本被解决了，但是近年来fork 还是在被不断的批判，那么到底是什么正在"杀死"fork？可以参考 [论文](https://www.microsoft.com/en-us/research/uploads/prod/2019/04/fork-hotos19.pdf) 。
+8. \*\* 请阅读下列代码，并分析程序的输出，假定不发生运行错误，不考虑行缓冲，不考虑中断：
+   > ```c
+   > int main(){
+   >     int val = 2;
+
+   >     printf("%d", 0);
+   >     int pid = fork();
+   >     if (pid == 0) {
+   >         val++;
+   >         printf("%d", val);
+   >     } else {
+   >         val--;
+   >         printf("%d", val);
+   >         wait(NULL);
+   >     }
+   >     val++;
+   >     printf("%d", val);
+   >     return 0;
+   > }
+   > ```
+
+   > 如果 fork() 之后主程序先运行，则结果如何？如果 fork() 之后 child 先运行，则结果如何？
+9. \*\* 为什么子进程退出后需要父进程对它进行 wait，它才能被完全回收？
+10. \*\* 有哪些可能的时机导致进程切换？
+11. \*\* 请描述在本章操作系统中实现本章提出的某一种调度算法（RR调度除外）的简要实现步骤。
+12. \* 非抢占式的调度算法，以及抢占式的调度算法，他们的优点各是什么？
+13. \*\* 假设我们简单的将进程分为两种：前台交互（要求短时延）、后台计算（计算量大）。下列进程/或进程组分别是前台还是后台？a) make 编译 linux; b) vim 光标移动; c) firefox 下载影片; d) 某游戏处理玩家点击鼠标开枪; e) 播放交响乐歌曲; f) 转码一个电影视频。除此以外，想想你日常应用程序的运行，它们哪些是前台，哪些是后台的？
+14. \*\* RR 算法的时间片长短对系统性能指标有什么影响？
+15. \*\* MLFQ 算法并不公平，恶意的用户程序可以愚弄 MLFQ 算法，大幅挤占其他进程的时间。（MLFQ 的规则：“如果一个进程，时间片用完了它还在执行用户计算，那么 MLFQ 下调它的优先级”）你能举出一个例子，使得你的用户程序能够挤占其他进程的时间吗？
+16. \*\*\* 多核执行和调度引入了哪些新的问题和挑战？
+
+## 实验练习1
+
+实验练习包括实践作业和问答作业两部分。实验练习1和实验练习2可以选一个完成。
+
+### 实践作业
+
+#### 进程创建
+
+大家一定好奇过为啥进程创建要用 fork + execve 这么一个奇怪的系统调用，就不能直接搞一个新进程吗？思而不学则殆，我们就来试一试！这章的编程练习请大家实现一个完全 DIY 的系统调用 spawn，用以创建一个新进程。
+
+spawn 系统调用定义( [标准spawn看这里](https://man7.org/linux/man-pages/man3/posix_spawn.3.html) )：
+
+```rust
+fn sys_spawn(path: *const u8) -> isize
+```
+
+- syscall ID: 400
+- 功能：新建子进程，使其执行目标程序。
+- 说明：成功返回子进程id，否则返回 -1。
+- 可能的错误：
+  : - 无效的文件名。
+    - 进程池满/内存不足等资源错误。
+
+TIPS：虽然测例很简单，但提醒读者 spawn **不必** 像 fork 一样复制父进程的地址空间。
+
+#### 实验要求
+
+- 实现分支：ch5-lab
+- 实验目录要求不变
+- 通过所有测例
+
+  在 os 目录下 `make run TEST=1` 加载所有测例， `test_usertest` 打包了所有你需要通过的测例，你也可以通过修改这个文件调整本地测试的内容。
+
+challenge: 支持多核。
+
+### 问答作业
+
+1. fork + exec 的一个比较大的问题是 fork 之后的内存页/文件等资源完全没有使用就废弃了，针对这一点，有什么改进策略？
+2. [选做，不占分]其实使用了题(1)的策略之后，fork + exec 所带来的无效资源的问题已经基本被解决了，但是近年来 fork 还是在被不断的批判，那么到底是什么正在"杀死"fork？可以参考 [论文](https://www.microsoft.com/en-us/research/uploads/prod/2019/04/fork-hotos19.pdf) 。
+3. 请阅读下列代码，并分析程序的输出，假定不发生运行错误，不考虑行缓冲：
+   ```c
+   int main(){
+       int val = 2;
+
+       printf("%d", 0);
+       int pid = fork();
+       if (pid == 0) {
+           val++;
+           printf("%d", val);
+       } else {
+           val--;
+           printf("%d", val);
+           wait(NULL);
+       }
+       val++;
+       printf("%d", val);
+       return 0;
+   }
+   ```
+
+   如果 fork() 之后主程序先运行，则结果如何？如果 fork() 之后 child 先运行，则结果如何？
+4. 请阅读下列代码，分析程序的输出 `A` 的数量：( 已知 `&&` 的优先级比 `||` 高)
+   ```c
+   int main() {
+       fork() && fork() && fork() || fork() && fork() || fork() && fork();
+       printf("A");
+       return 0;
+   }
+   ```
+
+   [选做，不占分] 更进一步，如果给出一个 `&&` `||` 的序列，如何设计一个程序来得到答案？
+
+### 实验练习的提交报告要求
+
+* 简单总结本次实验与上个实验相比你增加的东西。（控制在5行以内，不要贴代码）
+* 完成问答问题
+* (optional) 你对本次实验设计及难度的看法。
+
+## 实验练习2
+
+### 实践作业
+
+#### stride 调度算法
+
+ch3 中我们实现的调度算法十分简单。现在我们要为我们的 os 实现一种带优先级的调度算法：stride 调度算法。
+
+算法描述如下:
+
+1. 为每个进程设置一个当前 stride，表示该进程当前已经运行的“长度”。另外设置其对应的 pass 值（只与进程的优先权有关系），表示对应进程在调度后，stride 需要进行的累加值。
+2. 每次需要调度时，从当前 runnable 态的进程中选择 stride 最小的进程调度。对于获得调度的进程 P，将对应的 stride 加上其对应的步长 pass。
+3. 一个时间片后，回到上一步骤，重新调度当前 stride 最小的进程。
+
+可以证明，如果令 P.pass = BigStride / P.priority 其中 P.priority 表示进程的优先权（大于 1），而 BigStride 表示一个预先定义的大常数，则该调度方案为每个进程分配的时间将与其优先级成正比。证明过程我们在这里略去，有兴趣的同学可以在网上查找相关资料。
+
+其他实验细节：
+
+- stride 调度要求进程优先级 $\geq 2$，所以设定进程优先级 $\leq 1$ 会导致错误。
+- 进程初始 stride 设置为 0 即可。
+- 进程初始优先级设置为 16。
+
+为了实现该调度算法，内核还要增加 set_prio 系统调用
+
+```rust
+// syscall ID：140
+// 设置当前进程优先级为 prio
+// 参数：prio 进程优先级，要求 prio >= 2
+// 返回值：如果输入合法则返回 prio，否则返回 -1
+fn sys_set_priority(prio: isize) -> isize;
+```
+
+tips: 可以使用优先级队列比较方便的实现 stride 算法，但是我们的实验不考察效率，所以手写一个简单粗暴的也完全没问题。
+
+#### 实验要求
+
+- 完成分支: ch3-lab
+- 实验目录要求不变
+- 通过所有测例
+
+  lab3 有 3 类测例，在 os 目录下执行 `make run TEST=1` 检查基本 `sys_write` 安全检查的实现， `make run TEST=2` 检查 `set_priority` 语义的正确性， `make run TEST=3` 检查 stride 调度算法是否满足公平性要求，
+  六个子程序运行的次数应该大致与其优先级呈正比，测试通过标准是 $\max{\frac{runtimes}{prio}}/ \min{\frac{runtimes}{prio}} < 1.5$.
+
+challenge: 实现多核，可以并行调度。
+
+#### 实验约定
+
+在第三章的测试中，我们对于内核有如下仅仅为了测试方便的要求，请调整你的内核代码来符合这些要求：
+
+- 用户栈大小必须为 4096，且按照 4096 字节对齐。这一规定可以在实验4开始删除，仅仅为通过 lab2 测例设置。
+
+### 问答作业
+
+stride 算法深入
+
+> stride 算法原理非常简单，但是有一个比较大的问题。例如两个 pass = 10 的进程，使用 8bit 无符号整形储存 stride， p1.stride = 255, p2.stride = 250，在 p2 执行一个时间片后，理论上下一次应该 p1 执行。
+
+> - 实际情况是轮到 p1 执行吗？为什么？
+
+> 我们之前要求进程优先级 >= 2 其实就是为了解决这个问题。可以证明，**在不考虑溢出的情况下**, 在进程优先级全部 >= 2 的情况下，如果严格按照算法执行，那么 STRIDE_MAX – STRIDE_MIN <= BigStride / 2。
+
+> - 为什么？尝试简单说明（传达思想即可，不要求严格证明）。
+
+> 已知以上结论，**考虑溢出的情况下**，我们可以通过设计 Stride 的比较接口，结合 BinaryHeap 的 pop 接口可以很容易的找到真正最小的 Stride。
+
+> - 请补全如下 `partial_cmp` 函数（假设永远不会相等）。
+
+> ```rust
+> use core::cmp::Ordering;
+
+> struct Stride(u64);
+
+> impl PartialOrd for Stride {
+>     fn partial_cmp(&self, other: &Self) -> Option<Ordering> {
+>         // ...
+>     }
+> }
+
+> impl PartialEq for Person {
+>     fn eq(&self, other: &Self) -> bool {
+>         false
+>     }
+> }
+> ```
+
+> 例如使用 8 bits 存储 stride, BigStride = 255, 则:
+
+> - (125 < 255) == false
+> - (129 < 255) == true
+
+### 实验练习的提交报告要求
+
+- 简单总结与上次实验相比本次实验你增加的东西（控制在5行以内，不要贴代码）。
+- 完成问答问题。
+- (optional) 你对本次实验设计及难度/工作量的看法，以及有哪些需要改进的地方，欢迎畅所欲言。
+
+### 参考信息
+
+如果有兴趣进一步了解 stride 调度相关内容，可以尝试看看：
+
+- [作者 Carl A. Waldspurger 写这个调度算法的原论文](https://people.cs.umass.edu/~mcorner/courses/691J/papers/PS/waldspurger_stride/waldspurger95stride.pdf)
+- [作者 Carl A. Waldspurger 的博士生答辩slide](http://www.waldspurger.org/carl/papers/phd-mit-slides.pdf)
+- [南开大学实验指导中对Stride算法的部分介绍](https://nankai.gitbook.io/ucore-os-on-risc-v64/lab6/tiao-du-suan-fa-kuang-jia#stride-suan-fa)
+- [NYU OS课关于Stride Scheduling的Slide](https://cs.nyu.edu/~rgrimm/teaching/sp08-os/stride.pdf)
+
+如果有兴趣进一步了解用户态线程实现的相关内容，可以尝试看看：
+
+- [user-multitask in rv64](https://github.com/chyyuu/os_kernel_lab/tree/v4-user-std-multitask)
+- [绿色线程 in x86](https://github.com/cfsamson/example-greenthreads)
+- [x86版绿色线程的设计实现](https://cfsamson.gitbook.io/green-threads-explained-in-200-lines-of-rust/)
+- [用户级多线程的切换原理](https://blog.csdn.net/qq_31601743/article/details/97514081?utm_medium=distribute.pc_relevant.none-task-blog-BlogCommendFromMachineLearnPai2-1.control&dist_request_id=&depth_1-utm_source=distribute.pc_relevant.none-task-blog-BlogCommendFromMachineLearnPai2-1.control)