操作系统导论 持久化

Posted on:2022.06.20

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OS EX Persistence

存储设备原理

core dump

$ cat /proc/sys/kernel/core_pattern
|/usr/lib/systemd/systemd-coredump %P %u %g %s %t %c %h

挺怪，好像存储在 /var/lib/systemd/coredump/ 中

 $ man systemd-coredump

1-Bit 信息的存储

磁 (磁带、磁盘)

现代 HDD 都有很好的 firmware 管理磁盘 I/O 调度

$ cat /sys/block/sda/queue/scheduler
[mq-deadline] kyber bfq none

SoC

坑 (光盘)

克服只读的限制

挖坑 - 光刻

电 (Flash SSD)

每一个 SSD 里都藏了一个完整的计算机系统

a8a1e70e4c6040fea6f59a547f06fd3d.png

重新思考状态的存储

输入输出设备

I/O 设备

一个能与 CPU 交换数据的接口/控制器

4c84544741504fb085a751a35ae0b790.png

特殊的 I/O 设备

总线

提供设备的注册和地址到设备的转发

AM - pci-probe.c

00:00 device 1237 by vendor 8086
00:01 device 7000 by vendor 8086
00:02 device 1111 by vendor 1234
00:03 device 100e by vendor 8086 <-- This is an Intel e1000 NIC card!

一些命令

❯ lspci -tv
-[0000:00]-+-00.0  Intel Corporation 440FX - 82441FX PMC [Natoma]
           +-01.0  Intel Corporation 82371SB PIIX3 ISA [Natoma/Triton II]
           +-01.1  Intel Corporation 82371AB/EB/MB PIIX4 IDE
           +-02.0  VMware SVGA II Adapter
           +-03.0  Intel Corporation 82540EM Gigabit Ethernet Controller
           +-04.0  InnoTek Systemberatung GmbH VirtualBox Guest Service
           +-05.0  Intel Corporation 82801AA AC'97 Audio Controller
           +-06.0  Apple Inc. KeyLargo/Intrepid USB
           +-07.0  Intel Corporation 82371AB/EB/MB PIIX4 ACPI
           \-0d.0  Intel Corporation 82801HM/HEM (ICH8M/ICH8M-E) SATA Controller [AHCI mode]
❯ lsusb -tv
/:  Bus 01.Port 1: Dev 1, Class=root_hub, Driver=ohci-pci/12p, 12M
    ID 1d6b:0001 Linux Foundation 1.1 root hub
    |__ Port 1: Dev 3, If 0, Class=Human Interface Device, Driver=usbhid, 12M
        ID 80ee:0021 VirtualBox USB Tablet

中断控制器

APIC (Advanced PIC)

DMA

一个专门执行 memcpy 程序的 CPU

GPU 和异构计算

NES Picture Processing Unit (PPU)

回顾打印机

  • PostScript 描述
  • Latex 编译
  • 打印机 执行

现代 GPU - 一个通用计算设备

一个完整的众核多处理器系统

注重大量并行相似的任务

Dark Silicon Age 和异构计算

能完成同一件事的部件可能有很多

要选择功耗/性能/时间最合适的那个

设备驱动程序

设备驱动程序原理

操作系统将设备抽象为

设备驱动程序把系统调用 (read/write/ioctl/…) 翻译成与设备寄存器的交互

回顾 shell 将用户指令翻译成系统调用

字符设备

/dev/pts/[x] - pseudo terminal

$ tty
/dev/pts/1
$ echo hello > /dev/pts/2

字节流以内的功能

字节流以外的功能

/dev/zero

$ head -c 16 /dev/zero | xxd
00000000: 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000  ................

读取为全零

可用于创建空文件

/dev/null

$ head -c 16 /dev/null | xxd

读取 read(3, "", 4096) = 0 返回 0

写入 write(1, "hello\n", 6) = 6 看似全部写入，实际上哪里都没写

/dev/random, /dev/urandom - 随机数生成器

❯ head -c 16 /dev/urandom | xxd
00000000: 580a 2a4a 1c32 ce2d 9ade 8b1c 5d91 de56  X.*J.2.-....]..V

自制核弹设备

launcher.c

本质上是为 file_operations 结构体提供实现

static struct file_operations fops = {
  .owner = THIS_MODULE,
  .read = lx_read,
  .write = lx_write,
};

联系 L2 中的设备模块

makefile 文件

obj-m := launcher.o
KDIR := /home/vgalaxy/Downloads/linux-5.17.3


default:
  $(MAKE) -C $(KDIR) M=$(PWD)
  cp launcher.ko ../initramfs/nuke/


clean:
  $(MAKE) -C $(KDIR) M=$(PWD) clean


.PHONY: module clean

需要指定 linux 内核的目录

并且要求 vmlinuz 的版本与之一致

构建大失败

$ make
make -C /home/vgalaxy/Downloads/linux-5.17.3 M=/home/vgalaxy/Desktop/virtual-machine-repository/code/linux-minimal/launcher
make[1]: Entering directory '/home/vgalaxy/Downloads/linux-5.17.3'
  CC [M]  /home/vgalaxy/Desktop/virtual-machine-repository/code/linux-minimal/launcher/launcher.o
/home/vgalaxy/Desktop/virtual-machine-repository/code/linux-minimal/launcher/launcher.c: In function ‘lx_write’:
/home/vgalaxy/Desktop/virtual-machine-repository/code/linux-minimal/launcher/launcher.c:81:3: warning: ignoring return value of ‘copy_from_user’ declared with attribute ‘warn_unused_result’ [-Wunused-result]
   81 |   copy_from_user(databuf, buf, count);
      |   ^~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
WARNING: Symbol version dump "Module.symvers" is missing.
         Modules may not have dependencies or modversions.
         You may get many unresolved symbol warnings.
  MODPOST /home/vgalaxy/Desktop/virtual-machine-repository/code/linux-minimal/launcher/Module.symvers
WARNING: modpost: "unregister_chrdev_region" [/home/vgalaxy/Desktop/virtual-machine-repository/code/linux-minimal/launcher/launcher.ko] undefined!
WARNING: modpost: "class_destroy" [/home/vgalaxy/Desktop/virtual-machine-repository/code/linux-minimal/launcher/launcher.ko] undefined!
WARNING: modpost: "class_unregister" [/home/vgalaxy/Desktop/virtual-machine-repository/code/linux-minimal/launcher/launcher.ko] undefined!
WARNING: modpost: "device_destroy" [/home/vgalaxy/Desktop/virtual-machine-repository/code/linux-minimal/launcher/launcher.ko] undefined!
WARNING: modpost: "device_create" [/home/vgalaxy/Desktop/virtual-machine-repository/code/linux-minimal/launcher/launcher.ko] undefined!
WARNING: modpost: "cdev_add" [/home/vgalaxy/Desktop/virtual-machine-repository/code/linux-minimal/launcher/launcher.ko] undefined!
WARNING: modpost: "cdev_init" [/home/vgalaxy/Desktop/virtual-machine-repository/code/linux-minimal/launcher/launcher.ko] undefined!
WARNING: modpost: "__class_create" [/home/vgalaxy/Desktop/virtual-machine-repository/code/linux-minimal/launcher/launcher.ko] undefined!
WARNING: modpost: "alloc_chrdev_region" [/home/vgalaxy/Desktop/virtual-machine-repository/code/linux-minimal/launcher/launcher.ko] undefined!
WARNING: modpost: "__stack_chk_fail" [/home/vgalaxy/Desktop/virtual-machine-repository/code/linux-minimal/launcher/launcher.ko] undefined!
WARNING: modpost: suppressed 4 unresolved symbol warnings because there were too many)
  CC [M]  /home/vgalaxy/Desktop/virtual-machine-repository/code/linux-minimal/launcher/launcher.mod.o
make[3]: *** No rule to make target 'scripts/module.lds', needed by '/home/vgalaxy/Desktop/virtual-machine-repository/code/linux-minimal/launcher/launcher.ko'.  Stop.
make[2]: *** [scripts/Makefile.modpost:140: __modpost] Error 2
make[1]: *** [Makefile:1746: modules] Error 2
make[1]: Leaving directory '/home/vgalaxy/Downloads/linux-5.17.3'
make: *** [Makefile:5: default] Error 2

进入系统后，安装设备模块

busybox insmod /nuke/launcher.ko

查看设备模块

busybox lsmod

生成 /dev/nuke

mknod /dev/nuke0 c 237 0
mknod /dev/nuke1 c 237 1

GPU 驱动程序

cuda

非常复杂

块设备

Linux Block I/O Layer

文件系统和磁盘设备之间的接口

文件系统只需在 Block I/O API 上构建的持久数据结构

d773635bf943434a80adfce3bfd6f25a.png

文件系统 API

文件系统：虚拟磁盘

  1. 提供合理的 API 使多个应用程序能共享数据
  2. 提供一定的隔离，使恶意/出错程序的伤害不能任意扩大

虚拟磁盘命名管理 (目录)

信息的局部性：将虚拟磁盘 (文件) 组织成层次结构

Filesystem Hierarchy Standard

mount

将设备挂载到一个设备代表的目录树

mount -t type device dir

例如共享文件夹的挂载

mount -t vboxsf shared-dir /home/vgalaxy/Desktop/shared

shared-dir 即为虚拟机抽象出的一个设备

Linux 启动中根文件系统的切换

export PATH=/bin
busybox mknod /dev/sda b 8 0
busybox mkdir -p /newroot
busybox mount -t ext2 /dev/sda /newroot
exec busybox switch_root /newroot/ /etc/init

示意图如下

graph TD a["/ (initramfs)"]---b["/init"] a---c["/bin"] c---d["/busybox"] a---e["/newroot (/dev/sda)"] e---f["..."]

通过 pivot_root (2) 实现根文件系统的切换

loopback (回环) 设备

回顾挂载过程

$ sudo mount disk.img demo
$ lsblk
NAME   MAJ:MIN RM  SIZE RO TYPE MOUNTPOINTS
loop0    7:0    0    1M  0 loop /home/vgalaxy/Desktop/virtual-machine-repository/code/persistence/demo
sda      8:0    0   70G  0 disk
├─sda1   8:1    0   60G  0 part /
├─sda2   8:2    0    8G  0 part [SWAP]
├─sda3   8:3    0    2G  0 part /boot
└─sda4   8:4    0    8M  0 part
sr0     11:0    1  2.6G  0 rom

disk.img 和 demo 之间多了一层抽象 loop0

相当于将 disk.img 磁盘镜像文件抽象成了 loopback 设备，再将 loopback 设备挂载到目录树上

共享文件夹的挂载似乎观察不到这个过程

目录管理：创建/删除/遍历

合适的 API + 合适的编程语言

Globbing

from pathlib import Path


for f in Path('/proc').glob('*/status'):
    print(f.parts[-2], \
        (f.parent / 'cmdline').read_text() or '[kernel]')

目录中仅存储指向文件数据的指针

$ touch a
$ ln a b

对应的系统调用

linkat(AT_FDCWD, "a", AT_FDCWD, "b", 0) = 0

ls -i 查看 index number

a 和 b 对应的 index number 相同

$ rm b

对应的系统调用

unlinkat(AT_FDCWD, "b", 0)

类似快捷方式

链接指向的位置当前不存在也没关系

$ touch a
$ ln -s a b

对应的系统调用

symlinkat("a", AT_FDCWD, "b")  = 0

软链接也是文件，可以创建软连接的硬链接

任意链接允许创建任意有向图

$ ln -s . a

于是

$ pwd
/home/vgalaxy/Desktop/virtual-machine-repository/code/persistence/a/a/a/a/a/a/a/a/a/a/a/a/a/a/a/a/a/a/a/a/a/a/a/a/a/a/a/a/a/a/a/a/a/a
#!/bin/bash


# Create directories
mkdir -p A B C D E F


# Create automaton
ln -s ../B 'A/<'
ln -s ../C 'B/>'
ln -s ../D 'C/<'
ln -s ../E 'A/>'
ln -s ../F 'E/<'
ln -s ../D 'F/>'
ln -s ../A 'D/_'

观察从某个目录开始可以跳转出的路径

$ find -L A | tr -d '/'
find: File system loop detected; ‘A/</>/</_’ is part of the same file system loop as ‘A’.
find: File system loop detected; ‘A/>/</>/_’ is part of the same file system loop as ‘A’.
A
A<
A<>
A<><
A>
A><
A><>

当前目录

线程是否共享 working directory

#include "thread.h"
#include <assert.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>


static const char *dir_1 = "../";
static const char *dir_2 = "../..";
static const char *file_name = "demo";


void worker() {
  int ret;
  if (rand() % 2) {
    printf("create %s at %s\n", file_name, dir_1);
    ret = chdir(dir_1);
    assert(ret == 0);
    ret = creat(file_name, O_RDONLY);
  } else {
    printf("create %s at %s\n", file_name, dir_2);
    ret = chdir(dir_2);
    assert(ret == 0);
    ret = creat(file_name, O_RDONLY);
  }
}


int main(int argc, char *argv[]) {
  for (int i = 0; i < 2; i++) {
    create(worker);
  }
}

观察到在 .. 和 ../../.. 创建了 demo

所以线程共享 working directory

虚拟磁盘 (文件)

文件描述符：进程访问文件 (操作系统对象) 的指针

mmap

void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags,
  int fd, off_t offset); // 映射 fd 的 offset 开始的 length 字节
int munmap(void *addr, size_t length);
int msync(void *addr, size_t length, int flags);

offset

方便了程序员顺序访问文件

父子进程共享偏移量

FAT 和 UNIX 文件系统

自底向上设计实现数据结构

数据结构课程的假设

文件系统的假设

Block device 提供的设备抽象

struct block blocks[NBLK]; // 磁盘
void bread(int id, struct block *buf) {
  memcpy(buf, &blocks[id], sizeof(struct block));
}
void bwrite(int id, const struct block *buf) {
  memcpy(&blocks[id], buf, sizeof(struct block));
}

在 bread/bwrite 上实现块的分配与回收

int balloc(); // 返回一个空闲可用的数据块
void bfree(int id); // 释放一个数据块

在 balloc/bfree 上实现磁盘的虚拟化

在文件基础上实现目录

下面主要关注文件和目录的实现

File Allocation Table (FAT)

RTFM

文件就是 struct block * 的链表

FAT 集中保存所有 next 指针

7d49b1e5bb284c758f5f87ae2fd80d08.gif

目录就是 32-byte 定长目录项的集合

操作系统在解析时把标记为目录的目录项当做目录即可

code

开辟空间并快速格式化

$ /bin/yes | head -c 104857600 > fs.img


$ mkfs.fat -F 32 -v fs.img
mkfs.fat 4.2 (2021-01-31)
fs.img has 8 heads and 32 sectors per track,
hidden sectors 0x0000;
logical sector size is 512,
using 0xf8 media descriptor, with 204800 sectors;
drive number 0x80;
filesystem has 2 32-bit FATs and 1 sector per cluster.
FAT size is 1576 sectors, and provides 201616 clusters.
There are 32 reserved sectors.
Volume ID is fb270f26, no volume label.


$ file fs.img
fs.img: DOS/MBR boot sector, code offset 0x58+2, OEM-ID "mkfs.fat", Media descriptor 0xf8, sectors/track 32, heads 8, sectors 204800 (volumes > 32 MB), FAT (32 bit), sectors/FAT 1576, serial number 0xfb270f26, unlabeled

挂载拷贝文件

$ sudo mount fs.img /mnt
$ sudo cp -r ../linux-minimal /mnt
$ sudo umount /mnt

打印文件信息

$ gcc fatree.c
$ ./a.out fs.img | vim -

性能

可靠性

ext2/UNIX 文件系统

inode

53acef3e7b444254ad51fa96237cb34b.gif

为大小文件区分 fast/slow path

性能

可靠性

持久数据的可靠性

威胁模型

RAID

应对硬件故障

把多个 (不可靠的) 磁盘虚拟成一块非常可靠且性能极高的虚拟磁盘

RAID 是一个反向的虚拟化

RAID (虚拟化) = 虚拟磁盘块到物理磁盘块的映射

条带化，备份所有数据

提升可靠性

条带化，非冗余

提升性能

RAID simulator

measuring read/write Performance

更快、更可靠、近乎免费的大容量磁盘

FSCK

应对软件故障

对文件系统的任何操作，都涉及多处磁盘的修改

磁盘不提供多块读写 all or nothing 的支持

这就带来了崩溃一致性 (Crash Consistency) 的问题

https://zhuanlan.zhihu.com/p/25188921

为此引入 File System Checking (FSCK)

根据磁盘上已有的信息，恢复出最可能的数据结构

Journaling

FSCK 并不是应对崩溃一致性的最好方法

数据结构的存储有两个视角

  1. 存储实际数据结构
    • 文件系统的直观表示
    • crash unsafe
  2. Append-only 记录所有历史操作
    • 重做所有操作得到数据结构的当前状态
    • 容易实现崩溃一致性

于是只要实现 (2) append-only 的崩溃一致性

就可以实现 (1) 的崩溃一致性

对于实现 Atomic Append，可以参考

565984bc538e48499121abc2e1480425.png

tracer 的彩蛋

git:
  @git add $(shell find . -name "*.c") $(shell find . -name "*.h") -A --ignore-errors
  @while (test -e .git/index.lock); do sleep 0.1; done
  @(uname -a && uptime) | git commit -F - -q --author='tracer-nju <tracer@nju.edu.cn>' --no-verify --allow-empty
  @sync

由于 git 似乎没有解决崩溃一致性，所以需要强制 sync

xv6 文件系统实现

mkfs

// Disk layout:
// [ boot block | sb block | log | inode blocks | free bit map | data blocks ]

可以知道每一部分的含义

apis

tracer

追踪文件系统的创建

使用 python 写 gdb 脚本

TRACED = 'bwrite balloc ialloc iappend rinode winode rsect wsect'.split()
IGNORE = 'ip xp buf'.split()


class trace(gdb.Breakpoint):
    def stop(self):
        f, bt = gdb.selected_frame(), []
        while f and f.is_valid():
            if (name := f.name()) in TRACED:
                lvars = [f'{sym.name}={sym.value(f)}'
                    for sym in f.block()
                    if sym.is_argument and sym.name not in IGNORE]
                bt.append(f'\033[32m{name}\033[0m({", ".join(lvars)})')
            f = f.older()
        print('    ' * (len(bt) - 1) + bt[0])
        return False # won't stop at this breakpoint


gdb.execute('set prompt off')
gdb.execute('set pagination off')
for fn in TRACED:
    trace(fn)
gdb.execute('run fs.img README user/_ls')
gdb.execute('quit')

大概是对于给定的断点，当触发时打印出调用轨迹和参数

使用如下方式进行调试

gdb -ex 'source mkfs/trace.py' mkfs/mkfs

为此安装了 Ubuntu 21.10

注意 launch.json 的 gdb 为 gdb-multiarch

出现如下错误

Python Exception <class 'RuntimeError'>: Cannot locate block for frame.

是因为 mkfs 没有调试信息

需要修改 Makefile 添加 -ggdb 选项

下面是 tracer 的输出

nmeta 46 (boot, super, log blocks 30 inode blocks 13, bitmap blocks 1) blocks 954 total 1000


wsect(sec=0)
wsect(sec=1)
...
wsect(sec=998)
wsect(sec=999)


wsect(sec=1)

首先 xv6 的文件系统共 1000 blocks

每个 blocks 占 1024 字节

每个 inode 占 64 字节

计算出 log / inode / bitmap 需要的 block

并记录在结构体 superblock 中

然后通过 wsect 置每个 block 为空

再将 superblock 写入磁盘镜像中

  memset(buf, 0, sizeof(buf));
  memmove(buf, &sb, sizeof(sb));
  wsect(1, buf);
ialloc(type=1)
    winode(inum=1)
        rsect(sec=32)
        wsect(sec=32)

下面为根目录分配 inode

uint
ialloc(ushort type)
{
  uint inum = freeinode++;
  struct dinode din;


  bzero(&din, sizeof(din));
  din.type = xshort(type);
  din.nlink = xshort(1);
  din.size = xint(0);
  winode(inum, &din);
  return inum;
}

得到空闲的 inode 号

此处的 bzero 存在 log 操作

记录信息并写入到磁盘镜像中

void
winode(uint inum, struct dinode *ip)
{
  char buf[BSIZE];
  uint bn;
  struct dinode *dip;


  bn = IBLOCK(inum, sb);
  rsect(bn, buf);
  dip = ((struct dinode*)buf) + (inum % IPB);
  *dip = *ip;
  wsect(bn, buf);
}

此处将 inode 号转换为对应的 block 号，也就是 inode blocks 的开头 #32

iappend(inum=1, n=16)
    rinode(inum=1)
        rsect(sec=32)
    rsect(sec=46)
    wsect(sec=46)
    winode(inum=1)
        rsect(sec=32)
        wsect(sec=32)


iappend(inum=1, n=16)
    rinode(inum=1)
        rsect(sec=32)
    rsect(sec=46)
    wsect(sec=46)
    winode(inum=1)
        rsect(sec=32)
        wsect(sec=32)

然后在根目录的 inode 下添加 . 和 ..

  bzero(&de, sizeof(de));
  de.inum = xshort(rootino);
  strcpy(de.name, ".");
  iappend(rootino, &de, sizeof(de));

iappend 比较复杂，基本思路根据 dinode 的 size 找到需要写入的 data blocks，写入数据后，再修改 dinode 的 addrs

初始 size 为 0，找到第一个空闲的 data blocks 为 46，写入 dirent 结构体，其中包含了 inum 和 name，共 16 字节

然后添加文件 README

分配一个新的 inode

ialloc(type=2)
    winode(inum=2)
        rsect(sec=32)
        wsect(sec=32)

在根目录的 inode 下添加对应的信息

iappend(inum=1, n=16)
    rinode(inum=1)
        rsect(sec=32)
    rsect(sec=46)
    wsect(sec=46)
    winode(inum=1)
        rsect(sec=32)
        wsect(sec=32)

注意到 dirent 结构体共 16 字节，而 1 个 inode 中可以存放 NDIRECT 个 block addresses，也就是一个目录下也许最多有 1024 / 16 * NDIRECT 个文件

然后将数据写入到 data blocks 中

iappend(inum=2, n=1024)
    rinode(inum=2)
        rsect(sec=32)
    rsect(sec=47)
    wsect(sec=47)
    winode(inum=2)
        rsect(sec=32)
        wsect(sec=32)
iappend(inum=2, n=1024)
    rinode(inum=2)
        rsect(sec=32)
    rsect(sec=48)
    wsect(sec=48)
    winode(inum=2)
        rsect(sec=32)
        wsect(sec=32)
iappend(inum=2, n=178)
    rinode(inum=2)
        rsect(sec=32)
    rsect(sec=49)
    wsect(sec=49)
    winode(inum=2)
        rsect(sec=32)
        wsect(sec=32)

对于 user/_ls 而言同理

然后修正根目录的大小为 block size 的整数倍

最后修改 bitmap 即可

balloc(used=77)
balloc: first 77 blocks have been allocated
balloc: write bitmap block at sector 45
    wsect(sec=45)

debug syscall

考虑在 shell 中键入 ls

调用轨迹

sys_read -> fileread

先从虚拟终端中读取输入 ls

    if(f->major < 0 || f->major >= NDEV || !devsw[f->major].read)
      return -1;
    r = devsw[f->major].read(1, addr, n);

在 ls.c 中再次进行 sys_read

读取 inode

    ilock(f->ip);
    if((r = readi(f->ip, 1, addr, f->off, n)) > 0)
      f->off += r;
    iunlock(f->ip);

在 ilock 中判断对应的 inode 是否已经从磁盘读取出来

然后通过 readi 从 inode 中读取数据，这其中又会调用 bread

再考虑键入 echo a > a.txt

sys_write -> filewrite

写入 inode 比较复杂

    // write a few blocks at a time to avoid exceeding
    // the maximum log transaction size, including
    // i-node, indirect block, allocation blocks,
    // and 2 blocks of slop for non-aligned writes.
    // this really belongs lower down, since writei()
    // might be writing a device like the console.
    int max = ((MAXOPBLOCKS-1-1-2) / 2) * BSIZE;
    int i = 0;
    while(i < n){
      int n1 = n - i;
      if(n1 > max)
        n1 = max;


      begin_op();
      ilock(f->ip);
      if ((r = writei(f->ip, 1, addr + i, f->off, n1)) > 0)
        f->off += r;
      iunlock(f->ip);
      end_op();


      if(r != n1){
        // error from writei
        break;
      }
      i += r;
    }
    ret = (i == n ? n : -1);

这其中涉及到事务和日志等机制

战略性跳过……

fault injection

调试崩溃一致性的实现

Crash = 断电

void crash() {
  static int count = 100;
  if (--count < 0) {
    printf("crash\n");
    *((int *)0x100000) = 0x5555;
  }
}

sifive finisher

(qemu) info mtree
0000000000100000-0000000000100fff (prio 0, i/o): riscv.sifive.test

添加恒等映射

diff --git a/kernel/vm.c b/kernel/vm.c
index d5a12a0..5c016a4 100644
--- a/kernel/vm.c
+++ b/kernel/vm.c
@@ -24,6 +24,8 @@ kvmmake(void)
   kpgtbl = (pagetable_t) kalloc();
   memset(kpgtbl, 0, PGSIZE);


+  kvmmap(kpgtbl, 0x100000, 0x100000, PGSIZE, PTE_R | PTE_W);
+
   // uart registers
   kvmmap(kpgtbl, UART0, UART0, PGSIZE, PTE_R | PTE_W);

在 apis 中调用 crash

通过修改 count 得到不同的文件系统快照

进而观察崩溃一致性的实现

现代存储系统

Android 系统

Android 官方主页

Android 应用

一个运行在 Java 虚拟机 (Android Runtime) 上的应用程序

官方文档 (RTFM)

四大组件

497ea2e151cb402aa24abe53e36de0a8.png

example - Calculator

Android 系统

Platform API 之下 - 一个微内核

1e45b3c48ce94b7d938f705456da91d4.png

Remote Procedure Call (RPC)

example - 如何保活一个 Android 进程

adb (Android Debug Bridge)

一系列衍生的工具

从逻辑门到计算机系统

从逻辑门到计算机系统

自底向上

统计执行指令数

走得更远

分布式系统

Microkernel, Exokernel, Unikernel

数据库

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