Pintos

💻 Project Page: https://github.com/hoonably/pintos

Project 1: Threads

문제

• 기본 PintOS 스레드 시스템은 우선순위 기반 스케줄링이 구현되어 있지 않고, 동기화와 우선순위 역전(priority inversion)을 고려하지 않음.

해결한 내용

• Priority Scheduling 구현 → 각 스레드는 우선순위를 갖고, 높은 우선순위를 먼저 실행하도록 함.
• Priority Donation 적용 → 우선순위 역전을 방지하기 위해 락을 보유한 스레드에 우선순위를 임시로 “기부”하는 구조 구현.
• Nested Donation 처리 → 락이 중첩된 상황에서도 donation이 올바르게 전달되도록 구현.

Project 2-1: User Programs (System Calls)

문제

• PintOS는 유저 프로세스를 실행할 수 있으나, 시스템 콜이 제대로 정의되지 않음.
• 파일 I/O, 프로세스 제어 등 기본적인 유저-커널 상호작용이 미구현 상태.

해결한 내용

• System Call Handler 구현 → syscall.c에서 system call dispatcher를 구현하고, syscall 번호 기반으로 처리.
• 파일 시스템 호출 지원 → open, read, write, create, close 등의 기본 파일 조작 구현.
• User Pointer Validation → 사용자로부터 들어오는 포인터가 유효한지 검사하여 kernel crash 방지.
• Argument Fetching → 시스템 콜 호출 시, 유저 스택에서 인자를 안전하게 추출하는 로직 구현.

Project 2-2: User Programs (Process Control)

문제

• PintOS는 프로세스를 생성하거나 종료할 수 있으나, 부모-자식 간의 동기화 및 자원 회수가 미흡함.

해결한 내용

• exec, wait, exit 구현 → 부모 프로세스가 자식의 실행 완료를 기다릴 수 있도록 wait 메커니즘 추가.
• Load/Execution 성공 여부 전달 → 자식 프로세스의 실행 성공 여부를 부모에게 전달하는 구조 구현.
• File Descriptor Table 관리 → 프로세스마다 독립적인 FD 테이블을 유지하고, 파일 공유 제어를 추가.
• Exit status 저장 및 회수 → 종료 상태를 부모가 정확히 회수하도록 구현.

Project 3: Virtual Memory

문제

• 기본 PintOS는 demand paging, swapping, mmap 등을 지원하지 않으며, 모든 페이지를 고정적으로 메모리에 적재.

해결한 내용

• Frame Table 구현 → 사용자 페이지를 담는 프레임 관리 테이블 구현.
• Supplemental Page Table (SPT) → 각 페이지의 정보를 보관하는 자료구조 구현 (Hash 기반).
• Page Fault Handler → 실행 중 없는 페이지 접근 시, 해당 정보를 SPT에서 찾아서 물리 페이지 할당 및 로드.
• Swapping 구현 → 메모리가 부족할 경우, 페이지를 디스크로 교체(swap out) 후 나중에 다시 불러옴(swap in).
• Page Replacement Policy → Second Chance 알고리즘으로 교체 대상 페이지 선택.
• Stack Growth → 유저 스택이 동적으로 확장되도록 구현 (8MB 제한).
• Memory-Mapped File (mmap/munmap) → 파일을 메모리에 직접 매핑하여 lazy loading 및 저장 구현.

Project 4: File System Extension

문제

• 기존 PintOS 파일 시스템은 고정 크기 파일만 지원하며, EOF 이후 쓰기가 불가능하고, 공간 낭비(외부 단편화)가 큼.

해결한 내용

• Extensible File Structure 구현 → 쓰기 요청 시 파일이 자동으로 확장되도록 inode 구조 변경.
• Indexed Allocation → direct, indirect, double indirect 블록 구조를 사용하여 최대 파티션 크기까지 지원 가능하도록 개선.
• Sparse File 지원 → 빈 영역은 실제로 블록을 할당하지 않고 읽을 때만 초기화하여 효율적인 공간 사용.
• Block Allocation Strategy 변경 → 파일이 조각나더라도 할당 가능하도록 외부 단편화 해소.
• Grow 관련 테스트 7종 통과 → grow-create, grow-file-size, grow-sparse 등 다양한 테스트 케이스를 통과하도록 구현.