Mistä tässä harjoitteessa on kyse

Harjoituksen tavoitteet:

• Otat kosketusta oikean käyttöjärjestelmän oikeaan koodiin.
• Totuttelet lukemaan toisten tekemää koodia (IT-alan metataito).
• Ehkäpä (toivottavasti) havaitset, kuinka tämä pieni kurssimme on (toivottavasti) antanut joitain pieniä, alustavia, pohjia ymmärtää edes jotakin oikean käyttöjärjestelmän toteutuksellisista yksityiskohdista.

Keväällä 2015 määriteltyjen osaamistavoitteiden osalta demon tehtyään opiskelija:

• osaa WWW-pohjaista työkalua (lxr) käyttäen paikantaa linux-ytimen uusimman version lähdekoodista jonkin yksinkertaisen käyttöjärjestelmätoiminnallisuuden sijainnin, selvittää sen toteutuksen pääpiirteet lähdekoodin perusteella ja kuvailla nämä suomen kielellä [edist/arvos5]

Joissakin korkeakouluissa otetaan bottom-up -lähestymistapa, jossa toteutetaan itse pieni käyttöjärjestelmä. Nämä kurssit ovat kuitenkin pidempiä ja edellyttävät hyvin vahvaa esitietopohjaa laitteistosta ja ohjelmoinnista. Omalla lyhyellä kurssillamme katsotaan käyttöjärjestelmien teoriaa ja käytäntöä läpileikkauksena ja jonkinlaisena ohjattuna läpikävelynä. Tässä harjoitteessa ihmetellään ajankäytöllisten rajoitteiden puitteissa jotakin palasta olemassa olevasta koodista, ja yritetään sitä kautta hahmottaa miltä todellinen toteutus voisi paikallisesti näyttää. Millään tapaa kurssiin käytössä oleva aikaikkuna ei riitä syventymiseen, vaan tarkoituksena on toivon mukaan näyttää lähtökohtia ja työkaluja omatoimiseen syventymiseen, mikäli sellainen jotakuta alkaisi kiinnostaa pidemmän päälle. Lisämotivaatioksi tarjotaan lisäpiste tenttiin.

Tutkittavien kohteiden valinta oli keväällä 2014 palautusmuodon määrittelyn lisäksi suuri haaste tällaisen tehtävän julkaisussa. En vieläkään aivan tiedä, kuinka hyvin tämä onnistui. Keväällä 2014 tätä pidettiin mielenkiintoisena tehtävänä, ja tämän vastauksista sai hyvin osviittaa kurssin sisällön kehittämiseen... Tavoitteena oli, että valittavana olisi suurin piirtein saman kokoista ja/tai tasoista koodia sopivan kokoinen palanen eri aihealueista. Yritin parhaani mukaan varmistua, että ehdotetut koodinpätkät ovat relevantteja käytännön toteutuksen tai sovellusten kannalta. Prosessissa jouduin selaamaan koodia loppujen lopuksi aika paljon, ja jouduin toteamaan, että todellisuus pystyy olemaan aika paljonkin monimuotoisempi kuin miltä se pelkistetyissä oppikirjaesimerkeissä näyttää. Omakin vastaukseni sisältäisi täytettä viimeisessä kohdassa, "hämäräksi jääneitä seikkoja". Mielenkiintoinen tämä uskoakseni edelleen on, joten pidetään tämä toistaiseksi samanlaisena ainakin keväällä 2015.

Vaatimukset

Tehtävässä tutustut käytössä olevaan avoimena lähdekoodina tuotettuun käyttöjärjestelmään yleisellä tasolla sekä yhteen yksityiskohtaan syventyen.

Palautuksena on määrämuotoinen tiivistelmä ja oppimisdokumentaatio tekstitiedostona.

Käytä hyödyksesi seuraavia:

• https://www.kernel.org/ koko lähdekoodi ja versiohistoria; webbisivun välilehdillä on työkaluja, joista löytyy mm. tiedostokohtainen muutoslogi ja muutokset verrattuna edeltäviin versioihin.
• http://lxr.linux.no/ netissä toimiva ristiviitetyökalu esim. Linuxin koodin selailuun. Koodista klikkaamalla pääsee hakuun, joka näyttää kohdat, joissa tietorakenteet ja funktioit määritellään ja missä niitä käytetään. Huom: em. palvelu vastaa aika hitaasti (tilanne 2014) - sama työkalu on asennettu kenties paremmin käytettävästi tuonne: http://lxr.free-electrons.com/
• http://www.google.com/ ... ja muu internetin ihmeellinen maailma auttaa käsitteiden ja yksityiskohtien kanssa.

Valitse tutkittavaksesi yksi seuraavista kohteista (tiedostoista / funktioista / tietorakenteista). Heitä vaikka arvalla ja hylkää, mikäli arvottu aihepiiri ei kiinnosta tai tuli kohde, joka on arvioitu liian hankalaksi/pitkäksi (merkkasin "level 2" tai "level 3", jos jouduin itse kahlaamaan kovinkin paljon oheismateriaalia).

• Tietorakenne task_struct (etsi itse määrittelyn sijainti koodipuussa) (aihepiiri: prosessi)
• Tietorakenne usb_device (etsi itse määrittelyn sijainti koodipuussa) (aihepiiri: I/O, laiteajurit)
• Tietorakenne inode (etsi itse määrittelyn sijainti koodipuussa) (aihepiiri: tiedostojärjestelmä)
• Tiedosto arch/x86/boot/main.c (aihepiiri: laiterajapinta, tietokoneen käynnistys)
• Aliohjelma do_fork() (etsi itse toteutuksen sijainti koodipuussa) (aihepiiri: prosessit)
• Aliohjelma context_switch() (etsi itse toteutuksen sijainti koodipuussa) (aihepiiri: vuoronnus)
• Aliohjelma panic() (etsi itse toteutuksen sijainti koodipuussa) (aihepiiri: vikatilanteiden hallinta)
• Aliohjelma __schedule() (etsi toteutuksen sijainti koodipuussa) (aihepiiri: vuoronnus; "level 2")
• Tiedoston arch/x86/mm/fault.c sisältämä aliohjelma __do_page_fault() (aihepiiri: muistinhallinta, prosessoriarkkitehtuurit; "level 3")
• Tiedosto kernel/locking/semaphore.c (aihepiiri: ytimen sisäinen synkronointi; "level 2")
• Aliohjelma do_futex (etsi itse toteutuksen sijainti koodipuussa) (aihepiiri: käyttäjämaan synkronointi; "level 2-3")
• Aliohjelma do_msgrcv (etsi toteutuksen sijainti koodipuussa) (aihepiiri: IPC; level "2")

Vapaaehtoinen palautustehtävä (1p)

Tästä demosta saat bonuspisteen, mikäli olet tenttiin mennessä palauttanut seuraavanlaisen vastauksen:

• Vastaus on tasan yksi tekstitiedosto, jonka merkistökoodauksena on UTF-8. Ohjepituus on noin pari kuvaruudullista tekstiä järkevällä fonttikoolla; siis muutamia satoja sanoja.. niin paljon kuin tarvitset.

• Pohjana tiedostolle on seuraava [täydennä hakasulkeissa olevien tilalle]:

  Tutkimani ytimen versio: [minkä version latasit / katselit]
  
  Tutkimani lähdekooditiedosto: [mistä tiedostosta tutkimasi kohta
  löytyi]
  
  Viimeisin muutos tiedostoon: [versionhallinnasta; kenen tekemä,
  milloin, millä kommentilla]
  
  Mitä tarkoitusta lähdekooditiedosto palvelee kokonaisuudessa: [kerro]
  
  Etsimäni ominaisuus/kohta on kyseisen version riveillä: [ilmoita
  tiedosto ja alue, jossa tutkittu ominaisuus on]
  
  
  Laaja kommentti koodipätkästä:
  ------------------------------
  
  [kuvaile suomeksi, oman käsityksesi mukaan, mitä tarkoitusta
  ohjelman pätkä palvelee ja millä keinoin.]
  
  Havaintoja ja tunnelmia:
  ------------------------
  
  [kuvaile suomeksi, oliko koodin tutkiminen esim. tylsää tai
   mielenkiintoista; oliko työlästä tai helppoa; oliko vanhaa tuttua
   tietoa tai yllätyksiä; yhtymäkohtia aiempaan kurssi-, työ- tai
   harrastustoimintaan]
  
  Seuraavia asioita en pystynyt vielä ymmärtämään:
  --------------------------------------------------------------
  
  [listaa / kuvaile hämäräksi jääneitä kohtia suomeksi]