Pintos

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운영체제
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~~취소선~~ 처리된 배포판은 개발 중단된 배포판.

1. 개요2. 상세3. 기타

1. 개요

Pintos는 스탠포드 대학교 컴퓨터 공학과 수업 'CS 140'을 위해 개발된 교육용 미니 OS이다. Pintos Project는 총 4단계로 나누어져 있으며, 학생은 각 단계마다 OS의 필수 구현 사항들을 완성하게 된다.

2. 상세

Pintos는 80x86 아키텍처를 위한 간단한 운영체제 프레임워크이다 (x86-64 운영체제에서 Pintos를 사용하고 싶으면 KAIST에서 개발한Pintos-kaist를 이용할 수 있다). Pintos는 커널 스레드, 사용자 프로그램의 로드 및 실행, 파일 시스템을 지원하고, 프로젝트 참여자들은 ~~아주 간단한 방법으로~~ 이들 모두를 구현할 수 있다. Pintos는 이론적으로 IBM의 일반적인 PC에서 실행될 수 있다. 따라서 시스템 시뮬레이터에서 Pintos 프로젝트를 실행한다. 수업에서는 Bochs 및 QEMU 가상 머신을 사용한다.

여기서 눈치챈 사람들은 챘겠지만 만약 개인 컴퓨터, 특히 Apple Silicon 기반 머신으로 테스트를 돌리는 경우 난항을 겪을 수 있다. 똑같은 코드라도 x86 Linux 실기나 WSL 2 기반 Docker 컨테이너 대비 Apple Silicon에서의 테스트 결과가 유독 다르게 나오는 것을 관찰할 수 있다.[1] 뿐만 아니라 에뮬레이션의 한계상 컴파일에 걸리는 시간도 상당하므로[2] 이 점도 고려해야 할 것이다. 학교 수업에서는 보통 Pintos만을 위한 전용 VM을 학생에게 한 대씩 배분하지만 만약 그렇지 못한 환경일 경우 Apple Silicon으로 돌리기보다는 차라리 VPS를 하나 임대하여 거기서 개발하는 것이 추천된다. 아니면 본인 실력빨로 어떤 환경에서든 테스트를 전부 통과시키는 이상적인 코드를 짤 수 있겠지만 프로젝트 3, 4로 갈수록 난이도가 기하급수적으로 증가[3]한다는 사실에 주의.

각 구현 단계는 아래와 같다.

Threads: alarm clock, semaphore[4], lock, condition variable, priority donation, mlfqs
User Programs[5]: syscall 핸들링, 프로세스 (fork, wait, exec 등)
Virtual Memory: page fault handler, supplemental page table[6], mmap, munmap, copy-on-write
Filesystems: indexed and extensible Files, subdirectories and soft links 등

3. 기타

한국웹에서는 종종 PintOS로 표기하나, 공식 명칭은 PintOS가 아니라 Pintos이며, 공 식 문서들도 이렇게 표기한다. Pintos가 나온 배경 자체가 기존 CS 140의 Nachos라는 비슷한 OS 구현 프로젝트를 대체하기 위한 것이었는데, 종전의 Nachos와 마찬가지로 Pintos도 멕시코 음식 재료인 핀토 콩에서 가져온 작명이다. 즉 Nacho + 복수형 s와 마찬가지로 Pinto + 복수형 s라서 Pintos인 것이다.

참고로 Nachos는 호스트 OS에서 프로세스로 실행되는 형태였으나, Pintos부터는 실제 x86 하드웨어에서 부팅된다.

[1] 이때 Rosetta 옵션은 반드시 꺼야 하며, 그럼에도 결과가 제대로 나오지 않을 수 있다.[2] 가령, x86 실기나 컨테이너에서 5~10초면 될 게 Apple Silicon의 에뮬레이션 기반 컨테이너에서는 1~2분씩 소요된다.[3] Project 1은 거의 다 구현된 코드에서 일부분만 고치는 식이고, Project 2는 고칠 게 더 많아지며, Project 3은 한 발 더 나아가 텅텅 빈 코드가 대부분인데다 학생이 직접 설계해야 하는 부분도 존재한다. Project 4는 '그나마' 친절했던 공식 문서마저 내용이 빈약해져 사실상 요구사항부터 설계, 구현까지 학생이 거의 다 하는 식이다.[4] Mutex도 배워야 하긴 하지만 실제 구현에 활용되지 않음[5] Project 1까지는 커널 스레드에서 별도의 스레드를 나누고 마는 식이었지만, 여기서부터 본격적으로 유저/커널 모드의 분리와 함께 스레드가 아닌 프로세스의 모양새를 갖추기 시작한다. 다만 아직 가상 메모리가 제대로 구현되어 있지 않기에 완전한 프로세스라고 보기 어렵다.[6] 기존의 페이지 테이블은 원하는 내용을 다 담을 수 없는 하드웨어 아키텍처에 기반하므로 소프트웨어 레벨에서 SPT라는 것을 따로 두어 이를 보조한다. 구체적으로, SPT에 page를 삽입하여 두면, 후에 page fault가 발생하여 이를 핸들링할 때, SPT를 확인하여 해당 fault의 valid/bogus 여부를 판단한다. 만약 SPT에 존재할 경우, lazy loading에 의한 bogus한 fault로 판단하여 lazy-load나 swap in/out 등을 수행하게끔 할 수 있다. 반면 SPT에 없을 경우, 스택 성장 여부를 판단하고, 부합하면 스택을 성장시키거나, 아니면 해당 유저 프로세스를 kill한다.

Pintos

1. 개요

2. 상세

3. 기타

분류