本项目是对 MIT xv6-riscv 操作系统的深度扩展，实现了多种高级操作系统特性，包括多调度算法、伙伴系统内存分配、Copy-on-Write、懒分配和 mmap 系统调用。
本项目分为四个主要模块：
设计理念：
- 模块化设计：每个调度器独立实现，易于扩展
- 运行时切换：支持动态切换调度算法
- 避免修改核心数据结构：使用独立数组存储调度器数据
架构设计：
kernel/sched/
├── sched.c # 调度器核心框架
│ ├── sched_init() # 初始化调度器
│ ├── sched_pick_next() # 选择下一个进程
│ ├── sched_set_policy() # 切换调度算法
│ └── sched_policy_name() # 获取调度器名称
├── sched_default.c # Round-Robin 调度器
├── sched_fcfs.c # FCFS 调度器
├── sched_priority.c # 优先级调度器
├── sched_sml.c # 静态多级队列调度器
├── sched_lottery.c # 彩票调度器
├── sched_sjf.c # SJF 调度器（EWMA 预估）
├── sched_srtf.c # SRTF 调度器（抢占式）
├── sched_mlfq.c # MLFQ 调度器（动态优先级）
├── sched_cfs.c # CFS 调度器（vruntime）
└── sched_stats.c # CPU 统计模块
调度器特性：
| 调度器 | 算法 | 特点 | 适用场景 |
|---|---|---|---|
| DEFAULT | Round-Robin | 时间片轮转，公平调度 | 通用场景 |
| FCFS | 先来先服务 | 非抢占式，简单高效 | 批处理系统 |
| PRIORITY | 优先级调度 | 抢占式，优先级 1-20 | 实时系统 |
| SML | 静态多级队列 | 三级队列，不同优先级 | 混合负载 |
| LOTTERY | 彩票调度 | 概率分配，随机公平 | 多用户系统 |
| SJF | 短作业优先 | EWMA 时间预估，非抢占式 | 批处理系统 |
| SRTF | 最短剩余时间优先 | 抢占式 SJF，动态调整 | 交互系统 |
| MLFQ | 多级反馈队列 | 3级队列，动态优先级调整 | 通用场景 |
| CFS | 完全公平调度器 | vruntime 公平调度，类 Linux | 通用场景 |
技术亮点：
- EWMA（指数加权移动平均）时间预估机制
- 动态优先级调整算法
- vruntime 公平调度实现
- 模块化设计，易于扩展
设计理念：
- 伙伴系统：多级空闲链表，自动合并碎片
- COW：写时复制，节省内存
- 懒分配：按需分配，延迟内存分配
- mmap：匿名私有内存映射
架构设计：
kernel/
├── kalloc.c # 伙伴系统内存分配器
│ ├── kalloc() # 分配页面
│ ├── kfree() # 释放页面
│ └── buddy system # 伙伴系统实现
├── vm.c # 虚拟内存管理
│ ├── uvmcopy() # COW 实现
│ ├── uvmunmap() # 解除映射
│ ├── mmap() # mmap 系统调用
│ └── lazy allocation # 懒分配实现
└── trap.c # 中断/异常处理
└── page fault handler # 页错误处理（懒分配、COW）
性能提升：
- COW fork 不访问：↑94%
- COW fork 只读：↑94%
- 懒分配访问 1%：↑100%
设计理念：
- TDD（测试驱动开发）：Red → Green → Refactor
- 模块化测试：每个功能独立测试
- 自动化测试：一键运行所有测试
架构设计：
tests/
├── include/ # 测试头文件
│ ├── test_common.h # 通用测试框架
│ ├── test_scheduler.h # 调度器测试
│ ├── test_buddy.h # 伙伴系统测试
│ ├── test_cow.h # COW 测试
│ ├── test_lazy.h # 懒分配测试
│ └── test_mmap.h # mmap 测试
└── src/ # 测试实现
├── test_runner.c # 测试运行器
├── test_scheduler.c # 调度器测试实现
├── test_buddy.c # 伙伴系统测试实现
└── ...
测试覆盖：
| 测试类别 | 用例数 | 通过率 | 状态 |
|---|---|---|---|
| Buddy System | 11 | 100% | ✅ |
| mmap | 6 | 100% | ✅ |
| COW | 6 | 100% | ✅ |
| Lazy Allocation | 10 | 100% | ✅ |
| Integration | 10 | 100% | ✅ |
| Boundary | 6 | 100% | ✅ |
| Scheduler (旧) | 10 | 100% | ✅ |
| Scheduler (新) | 待添加 | - | 🚧 |
设计理念：
- baseline / testing 多轮对比
- memory / scheduler 分离 boot 采集
- 自动校验 + 自动出图 + 论文产物导出
架构设计：
实验链路：
user/perftest.c
-> META / RESULT / SAMPLES
-> experiments/collect/collect_data.sh
-> experiments/analyze/experiment_data.py
-> experiments/analyze/validate_logs.py
-> experiments/analyze/plot_results.py
-> experiments/outputs/data/*.json / *.csv / experiments/outputs/figures/*.png
当前能力：
- 多轮 round-level 聚合
- raw sample-level 数据保留
- partial run manifest 审计
- Markdown / CSV / LaTeX 论文产物导出
- 默认日志根目录已迁移为
experiments/logs/ - 详见 模块三索引 与 文档索引
设计理念：
- 纯前端实现：HTML + CSS + JavaScript
- ECharts 图表：数据可视化
- Python HTTP 服务器：简单部署
架构设计：
dashboard/
├── index.html # 主页面
├── css/
│ └── style.css # 样式
├── js/
│ ├── app.js # 主逻辑
│ ├── charts.js # 图表配置
│ └── data.js # 数据加载
├── data/
│ ├── scheduler.json # 调度器数据
│ ├── memory.json # 内存数据
│ └── performance.json # 性能对比数据
└── data/
├── snapshots.json # 运行态快照
└── sysmon.raw # 原始监控输出
技术栈：
- 前端：HTML5 + CSS3 + 原生 JavaScript
- 图表：ECharts 5.x（CDN 或本地化）
- 服务器：
python -m http.server
页面功能：
- 调度器对比页面：9种调度器性能对比
- 内存管理页面：内存使用统计
- 性能分析页面：性能对比图表
| 系统调用号 | 系统调用 | 功能 |
|---|---|---|
| 22 | setscheduler |
切换调度算法 |
| 23 | getscheduler |
获取当前调度算法 |
| 24 | mmap |
内存映射 |
| 25 | munmap |
解除映射 |
| 26 | getptable |
获取进程表快照 |
| 27 | getmemstat |
获取内存统计 |
| 28 | setpriority |
设置进程优先级 |
| 29 | getstats |
获取 CPU 统计信息 |
| 30 | getsnapshot |
获取系统快照 |
make clean && makemake qemu$ test_runner # 运行所有测试
$ perftest # 性能测试
$ ps # 进程状态
$ memstat # 内存统计
$ test_sjf # SJF 测试
$ test_srtf # SRTF 测试
$ test_mlfq # MLFQ 测试
$ test_cfs # CFS 测试xv6/
├── kernel/ # 内核源代码
│ ├── sched/ # 调度器模块
│ │ ├── sched.c # 调度器核心
│ │ ├── sched_default.c # Round-Robin
│ │ ├── sched_fcfs.c # FCFS
│ │ ├── sched_priority.c # 优先级调度
│ │ ├── sched_sml.c # 静态多级队列
│ │ ├── sched_lottery.c # 彩票调度
│ │ ├── sched_sjf.c # SJF
│ │ ├── sched_srtf.c # SRTF
│ │ ├── sched_mlfq.c # MLFQ
│ │ ├── sched_cfs.c # CFS
│ │ └── sched_stats.c # CPU 统计
│ ├── sysinfo.c # 系统快照
│ ├── kalloc.c # 伙伴系统分配器
│ ├── vm.c # 虚拟内存 (COW, mmap, 懒分配)
│ └── trap.c # 中断/异常处理
├── user/ # 用户态程序
│ ├── test_runner.c # 测试运行器
│ ├── perftest.c # 性能测试
│ └── ... # 其他测试程序
├── tests/ # 测试框架
│ ├── include/ # 测试头文件
│ └── src/ # 测试实现
├── docs/ # 文档目录
│ ├── review/ # 审查报告
│ ├── bug/ # Bug 档案
│ ├── module1-4/ # 模块文档
│ └── 开发进度.md # 开发进度
└── Makefile # 构建系统
- 9种调度器实现
- 内存管理优化
- 所有功能测试通过
- 测试框架设计
- 60+ 测试用例
- 100% 测试通过率
- 数据收集机制
- Python 分析脚本
- 图表生成
- 多轮校验与报告导出
- 设计方案
- Web 界面实现
- 数据可视化
- 模块化设计：每个调度器独立实现，易于扩展和维护
- 避免修改核心数据结构：使用独立数组存储调度器数据
- 完整的测试框架：60+ 测试用例，确保实现正确性
- 类 Linux 实现：CFS 调度器参考真实系统
- 性能优化：COW 和懒分配显著提升性能
- QEMU >= 7.2
- RISC-V 工具链 (riscv64-unknown-elf-gcc)
- Python >= 3.8（数据分析和可视化）
MIT License