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source/_posts/2024秋冬季开源操作系统训练营第一阶段-马俊飞.md

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+title: rust体会
+date: 2024-11-11
+categories:
+    - rust language
+tags:
+    - author:ekkure
+    - repo:https://github.com/ekkure/blog
+---
+### Rust编程技巧与示例：宏、算法与类型转换
+
+在Rust编程中，有许多细节和技巧可以帮助开发者更好地组织代码、优化算法性能，以及确保类型安全。本篇博客汇总了一些Rust编程的核心要点和实用代码示例，涵盖了宏的使用、排序算法、树和图的操作等内容。
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+
+### 1. 宏与#[macro_export]、#[macro_use]
+
+Rust中的宏非常强大，用于生成重复代码和提升代码的灵活性。使用`#[macro_export]`可以导出宏，使其在其他模块或包中可用；而`#[macro_use]`则在现代Rust中被推荐通过`use`语句显式引入。
+
+示例宏定义：
+```rust
+#[rustfmt::skip]
+macro_rules! my_macro {
+    () => { println!("Check out my macro!"); };
+    ($val:expr) => { println!("Look at this other macro: {}", $val); };
+}
+```
+
+这里的`#[rustfmt::skip]`用于避免自动格式化，保持代码样式的灵活性和可读性。
+
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+
+### 2. Rust中的类型与特性
+
+在实现数据结构或算法时，我们通常需要对泛型类型T施加一些特性约束，例如：
+- `Ord`：使得元素可以比较大小，适用于排序、合并等操作。
+- `Clone`：便于复制元素值，即使是复杂类型，也可以无所有权转移地复制。
+- `Display`：实现字符串友好的格式化输出，便于打印和日志记录。
+
+这些特性可以通过`where`语句在泛型实现中指定：
+```rust
+impl<T> LinkedList<T> 
+where T: Ord + Clone + Display
+```
+
+---
+
+### 3. 内存操作与指针
+
+Rust通过`unsafe`块支持手动管理内存和指针操作，用于高性能或底层操作。
+例如，获取节点的指针并解引用：
+```rust
+let node_ptr = Some(unsafe { NonNull::new_unchecked(Box::into_raw(node)) });
+res.add((*node_ptr.as_ptr()).val.clone());
+cur_a = (*node_ptr.as_ptr()).next;  // 注意这里直接获取的是ta的next指针
+```
+
+指针的安全解包和操作要格外小心，可以使用`Option`配合`unsafe`避免空指针风险。
+
+---
+
+### 4. 算法设计示例
+
+#### 4.1 链表与树的操作
+
+##### 插入与查找
+在链表或树结构中，我们经常用到`Option`类型来表示节点的存在与否。例如，在插入和查找二叉树中，可以选择使用`if let`语句来处理`Some`和`None`的情况：
+```rust
+fn insert(&mut self, value: T) {
+    if let Some(ref mut node) = self.root {
+        node.insert(value);
+    } else {
+        self.root = Some(Box::new(TreeNode::new(value)));
+    }
+}
+```
+这种写法在处理可变引用时尤其简洁。
+
+#### 4.2 排序算法与Ord与PartialOrd
+
+选择排序等算法需要比较泛型元素的大小，通常需要`PartialOrd`特性来支持部分排序（如非全序关系的情况），而对于要求全序的场景可以使用`Ord`。
+
+#### 4.3 深度优先与广度优先搜索
+
+在图算法中，深度优先搜索（DFS）和广度优先搜索（BFS）是两种基础的遍历方式：
+- DFS示例：
+  ```rust
+  fn dfs_util(&self, v: usize, visited: &mut HashSet<usize>, visit_order: &mut Vec<usize>) {
+      visited.insert(v);
+      visit_order.push(v);
+      for &nei in self.adj[v].iter() {
+          if !visited.contains(&nei) {
+              self.dfs_util(nei, visited, visit_order);
+          }
+      }
+  }
+  ```
+
+- BFS示例：
+  ```rust
+  fn bfs_with_return(&self, start: usize) -> Vec<usize> {
+      let mut visit_order = vec![];
+      let mut visited = vec![false; self.adj.len()];
+      let mut queue = VecDeque::new();
+      queue.push_back(start);
+      visited[start] = true;
+
+      while let Some(node) = queue.pop_front() {
+          visit_order.push(node);
+          for &neighbor in &self.adj[node] {
+              if !visited[neighbor] {
+                  visited[neighbor] = true;
+                  queue.push_back(neighbor);
+              }
+          }
+      }
+      visit_order
+  }
+  ```
+
+#### 4.4 平衡堆的插入与调整
+
+Rust标准库中`Vec`的`swap_remove`方法可以高效地删除指定位置的元素，适用于实现优先队列等堆结构：
+```rust
+let result = self.items.swap_remove(1);  // 移除并返回指定位置的元素
+```
+
+在删除元素后，可以通过调整堆结构（如最小/最大堆）来保持堆的性质。
+
+---
+
+### 5. 实现栈与队列
+
+使用双队列实现栈的操作逻辑：
+```rust
+pub struct myStack<T> {
+    q1: Queue<T>,
+    q2: Queue<T>
+}
+
+impl<T> myStack<T> {
+    pub fn push(&mut self, elem: T) {
+        self.q2.enqueue(elem);
+        while !self.q1.is_empty() {
+            self.q2.enqueue(self.q1.dequeue().unwrap());
+        }
+        std::mem::swap(&mut self.q1, &mut self.q2);
+    }
+}
+```
+
+这种方法利用队列的FIFO特性来模拟栈的LIFO特性。
+
+---
+
+### 6. 函数与内存管理
+
+Rust中的`Box`和`unsafe`结合用于手动管理堆内存。`Box::from_raw`可以从裸指针重新创建`Box`，这在需要手动内存管理的场景中非常有用。
+```rust
+unsafe fn raw_pointer_to_box(ptr: *mut Foo) -> Box<Foo> {
+    let mut ret: Box<Foo> = unsafe { Box::from_raw(ptr) };
+    ret.b = Some(String::from("hello"));
+    ret
+}
+```
+
+这种方法常用于FFI（外部函数接口）中将指针恢复为拥有所有权的Rust类型。
+
+---
+
+### 总结
+
+Rust语言通过丰富的内存管理工具和类型系统，确保了在安全性和性能上的平衡。无论是自定义数据结构还是排序、图遍历等基础算法，Rust的特性可以为代码提供极大的灵活性和安全保障。

source/_posts/2024秋冬季开源操作系统训练营第二阶段-马俊飞.md

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+
+title: 调度与死锁
+date: 2024-11-11
+categories:
+    - os
+tags:
+    - author:ekkure
+    - repo:https://github.com/ekkure/blog
+
+---
+##  调度
+
+#### **三级调度：**
+
+作业调度、高级调度(频次最低)：主要解决：接纳多少个任务+接纳那哪些任务这两个工作
+
+进程调度、低级调度(频次最高): 必须有、**核心**，**确定哪个进程可以占有CPU并执行**
+
+中级调度：将那些暂时不能运行的进程从内存挂起到外存，(阻塞状态下进程实体(程序 + 数据 + PCB)还在内存中，而挂起状态会把进程实体挂到外存，但是PCB会存在系统内核空间中，会记录进程在外存的状态以及位置)，一般在**内存紧张**时使用
+
+
+
+高级调度，用于批处理系统中，将任务从外存调度到内存中去。(在分时/实时系统中，任务是直接在内存，因此没有高级调度)
+
+分时系统：**只有进程调度**
+
+批处理系统：**进程调度 +  作业调度**
+
+
+
+#### 调度算法相关
+
+准则：周转时间(常用于**批处理系统**)、平均周转时间、带权周转时间
+
+响应时间(交互性作业、分时系统)、截止时间的保证(实时系统)、优先权准则
+
+周转时间 = 完成时间 - 到达时间
+
+带权周转时间 = 周转时间 / 服务时间
+
+
+**调度算法**
+
+- FCFS(first come first serve), SJ(P)F等等
+对于抢占式调度，注意**服务时间的更新，然后再比较，看谁抢**
+
+- 高优先权 优先调度算法
+
+   静态优先权：简单，但存在饥饿现象
+
+   动态优先权：eg Rp = （等待时间 + 服务时间）/ 服务时间  作为优先权 1 + tw / ts;
+
+- 时间片轮转 ......?
+
+   多级反馈队列 S1 < S2 < S3 优先权 S1 > S2 > S3
+
+
+
+- 实时调度
+
+   非抢占：轮转 || 优先权
+
+   抢占：基于中断时钟，好处是减少了上下文保存切换的次数
+
+   ​      立即抢占
+
+   实时调度算法：EDF、LLF，还有例题
+
+- 其他一些？？
+
+   MPS：CPU共享内存，  共享缓存(单个儿独立的，容易出现绑定，忙闲不均)
+
+   SMP中进程分配方式：静态分配和动态分配
+
+   ​               调度方式： 自调度和成组调度(两种方式就对应了用户级线程和系统级线程)，                       专用处理机分配？
+
+
+## 死锁
+
+**一些定义**：
+
+- 可剥夺资源：如主存，CPU，可以在使用时被强占的资源
+- 不可剥夺资源：不可被打断抢占的资源，如驱动器，打印机
+- 永久资源(外存)，临时资源(进程运行过程中临时产生的数据资源等等)
+
+**竞争非剥夺资源，或者竞争临时资源可导致死锁**
+
+### 死锁的必要条件
+
+- 互斥条件：进程互斥的使用临界资源
+- 不剥夺条件(不可抢占)
+- 请求-保持条件：进程在申请新的资源的同时，保持对某些资源的占有
+- 环路等待：循环等待链
+
+
+
+
+
+### 解决死锁的方法
+
+从严格依次降低，为
+
+预防 -> 避免 -> 检测与解除
+
+#### 预防
+
+上面4个条件是死锁的必要条件  ， Deadlock -> 4  其逆否命题为  !4 -> !Deadlock,所以我们从4个条件入手
+
+1. 互斥，并没有好的办法
+2. 不抢占：不抢占变成"抢占"，如果进程申请不到全部资源时，主动释放
+3. 请求保持条件：使用AND机制，但是有点浪费资源
+4. 环路等待：破除环路，资源排序，参考哲学家进餐
+
+#### 避免死锁
+
+**这是比较中庸的做法，既不损耗很多的效率，也比较的严格**
+
+##### 银行家算法
+
+一种是，资源分配表，为
+
+| Process | Allocation | Need | Available |
+| ------- | ---------- | ---- | --------- |
+|         |            |      |           |
+
+另一种是，计算表
+
+| Work | Need | Allocation | work + Allocation | Finish |
+| ---- | ---- | ---------- | ----------------- | ------ |
+|      |      |            |                   |        |
+
+**对资源进行分配时，分成两步**
+
+1. 判断分配请求 R是否满足  R < Available && R < Need
+2. 如果满足1，使用表1表示分配后的资源表T1，再次计算是否存在安全序列，如果不安全，退回至T0，否则保存T1，下次分配将从T1开始。
+
+#### 检测和解除
+
+使用方法：**资源分配图**
+
+**几个结论**
+
+- 不可完全简化 => 存在死锁
+- 分配图中无环 => 不会存在死锁
+- 分配图中有环 => 不一定死锁 
+
+简化方法，对一个资源分配图，首先考虑持有边，如果持有者线程能够完成(获得所有需要的资源)，将持有边消去后，将资源返回，如果不能完成，边消去后，仍保持资源占有，直到完成。
+
+然后考虑请求边，如果请求的资源有空闲的，可以把边消去，若请求线程能够完成，则可将该资源返回，否则保持占有
+
+重复上述过程，直至卡住，或者全部成孤立。
+
+**解除**
+
+通过撤销进程或者挂起进程来释放一些资源，进而推动僵持状态。
+
+而具体的对哪些进程，以什么样的顺序进行操作，可以参考`Dijkstra`之类的算法，找到一种损耗最小、利益最大的方法。