系统结构实验课

Lab0-基础知识

实验准备

抓取资料库

• 安装 git (Windows版本) 后执行 git clone https://github.com/cs-course/computer-architecture-experiment
  • git 详细知识可以通过 git-tutorial 学习
• 或者 下载 后解压缩

在Windows上还需要建立实验用Linux 64-bit虚拟机环境

• 安装 VirtualBox 虚拟机 (下载)
• 安装 Vagrant 虚拟机管理工具 (下载)
  • Vagrant 详细知识可以通过 vagrant-tutorial 学习
• 导入基础镜像
  • 下载镜像至资料库目录，下载地址：微云，官方
  • 进入 Windows 命令行窗口
    • 使用 "Windows系统 --> 命令提示符"
    • 或者按下 "Win+R" 运行 cmd 命令
  • 进入资料库目录，执行 vagrant box add bionic-server-cloudimg-amd64-vagrant.json
• 初始化虚拟机系统
  • 在资料库目录中执行vagrant up
  • 执行vagrant status检查是否正常运行
  • 使用完成后，执行 vagrant halt 关闭虚拟机，下次仍通过 vagrant up 重启虚拟机
  • 注意：若不再需要，或需重建，可用 vagrant destroy -f 清除

实验内容

检查系统配置

1. 处理器信息

vagrant@ubuntu-bionic:~$ lscpu
Architecture:        x86_64 # 这些内容各机不完全一样
CPU op-mode(s):      32-bit, 64-bit
Byte Order:          Little Endian
CPU(s):              2      # CPU核数 (虚拟机只使用部分主机处理器核)
On-line CPU(s) list: 0,1
...
L1d cache:           32K    # L1数据缓存
L1i cache:           32K    # L1指令缓存
L2 cache:            256K   # L2缓存
L3 cache:            6144K  # L3缓存
NUMA node0 CPU(s):   0,1
...

2. 主存储器信息

vagrant@ubuntu-bionic:~$ free -h
              total        used        free      shared  buff/cache   available
Mem:           985M         76M        726M        588K        181M        771M
Swap:            0B          0B          0B

注意：在 Vagrantfile 里面已经设置虚拟机内存为 1GB。

3. 外部存储器信息

vagrant@ubuntu-bionic:~$ lsblk
NAME   MAJ:MIN RM SIZE RO TYPE MOUNTPOINT
sda      8:0    0  10G  0 disk
└─sda1   8:1    0  10G  0 part /
sdb      8:16   0  10M  0 disk
vagrant@ubuntu-bionic:~$ df -h -x tmpfs
Filesystem      Size  Used Avail Use% Mounted on
udev            481M     0  481M   0% /dev
/dev/sda1       9.7G  1.7G  8.1G  17% /
vagrant         237G  175G   62G  74% /vagrant
vagrant_data    237G  175G   62G  74% /vagrant_data
vagrant@ubuntu-bionic:~$

Lab1-存储系统

实验准备

如果是Linux环境，解压缩 cachelab-handout.tar.gz 即可。

如果是Windows环境则需要使用前面(Lab0)建立的虚拟机：

1. 开启 Windows 命令行窗口，进入资料库目录，执行 vagrant up 开启实验用虚拟机；
2. 执行 vagrant ssh 进入虚拟机，可以看到 /vagrant_data 目录，内容对应于主机 data 目录，可以先在主机里将 cachelab-handout.tar.gz 放进去；
3. 在虚拟机内，进入 /vagrant_data 目录解压缩 cachelab-handout.tar.gz 文件，可执行如下命令
   • cd /vagrant_data && tar xzvf cachelab-handout.tar.gz

实验内容

1. 缓存仿真器实现
2. 矩阵转置（可选）

注意：如果运行 ./test-csim 存在问题，比方说 MSYS/MinGW 环境，可以使用脚本版，进入 cachelab-handout 文件夹执行 <资料库路径>/computer-architecture-experiment/cachelab-extended/test-csim.sh 即可。

参考

• Computer Systems: A Programmer's Perspective, 3/E (CS:APP3e)，实验作业
• CMU 15-213 CSAPP 深入理解计算机系统 课程视频 (Part12)
• 手工演算工具

Lab2-输入输出系统

实验准备

建议使用虚拟机进行实验

1. 执行 vagrant up 开启实验用虚拟机；
2. 执行 vagrant ssh 进入虚拟机；
3. 执行 cat /proc/mdstat 确认 mdadm 与 Linux 内核配置正常：

vagrant@ubuntu-bionic:~$ cat /proc/mdstat
Personalities : [linear] [multipath] [raid0] [raid1] [raid6] [raid5] [raid4] [raid10]
unused devices: <none>
vagrant@ubuntu-bionic:~$

实验内容

1. 创建几个loop设备
2. 使用mdadm配置软阵列

参考

• 在Linux里面建立虚拟块设备 (loop设备)
• 在Ubuntu 16.04里使用mdadm建立RAID
• 软阵列(Software RAID) HOWTO::RAID配置