Add many items from Godmar's emails that I should have added long ago.
[pintos-anon] / TODO
1 -*- text -*-
2
3 * Reconsider command line arg style--confuses everyone.
4
5 * Internal tests.
6
7 * Add serial input support.  Also, modify tests to redirect input from
8   /dev/null, to avoid stray keystrokes getting sent into the VM.
9
10 * Make pintos script read the serial output and kill the subprocess if
11   it panics (after waiting a few seconds) or triple-faults.  Might
12   want it to be optional, so that interactive users don't get killed.
13
14 * Godmar: Introduce memory leak robustness tests - both for the
15   well-behaved as well as the mis-behaved case - that tests that the
16   kernel handles low-mem conditions well.
17
18 * Godmar: Another area is concurrency. I noticed that I had passed all
19   tests with bochs 2.2.1 (in reproducibility mode). Then I ran them
20   with qemu and hit two deadlocks (one of them in rox-*,
21   incidentally). After fixing those deadlocks, I upgraded to bochs
22   2.2.5 and hit yet another deadlock in reproducibility mode that
23   didn't show up in 2.2.1. All in all, a standard grading run would
24   have missed 3 deadlocks in my code.  I'm not sure how to exploit
25   that for grading - either run with qemu n times (n=2 or 3), or run
26   it with bochs and a set of -j parameters.  Some of which could be
27   known to the students, some not, depending on preference.  (I ported
28   the -j patch to bochs 2.2.5 -
29   http://people.cs.vt.edu/~gback/pintos/bochs-2.2.5.jitter.patch but I
30   have to admit I never tried it so I don't know if it would have
31   uncovered the deadlocks that qemu and the switch to 2.2.5
32   uncovered.)
33
34 * Godmar: There is also the option to require students to develop test
35   workloads themselves, for instance, to demonstrate the effectiveness
36   of a particular algorithm (page eviction & buffer cache replacement
37   come to mind.) This could involve a problem of the form: develop a
38   workload that you cover well, and develop a "worst-case" load where
39   you algorithm performs poorly, and show the results of your
40   quantitative evaluation in your report - this could then be part of
41   their test score.
42
43 * Threads project:
44
45   - Godmar:
46
47     >> Describe a potential race in thread_set_priority() and explain how
48     >> your implementation avoids it.  Can you use a lock to avoid this race?
49
50     I'm not sure what you're getting at here:
51     If changing the priority of a thread involves accessing the ready
52     list, then of course there's a race with interrupt handlers and locks
53     can't be used to resolve it.
54
55     Changing the priority however also involves a race with respect to
56     accessing a thread's "priority" field - this race is with respect to
57     other threads that attempt to donate priority to the thread that's
58     changing its priority. Since this is a thread-to-thread race, I would
59     tend to believe that locks could be used, although I'm not certain.  [
60     I should point out, though, that lock_acquire currently disables
61     interrupts - the purpose of which I had doubted in an earlier email,
62     since sema_down() sufficiently establishes mutual exclusion. Taking
63     priority donation into account, disabling interrupts prevents the race
64     for the priority field, assuming the priority field of each thread is
65     always updated with interrupts disabled. ]
66
67     What answer are you looking for for this design document question?
68
69   - Godmar:
70
71     >> Did any ambiguities in the scheduler specification make values in the
72     >> table uncertain?  If so, what rule did you use to resolve them?  Does
73     >> this match the behavior of your scheduler?
74
75     My guess is that you're referring to the fact the scheduler
76     specification does not prescribe any order in which the priorities of
77     all threads are updated, so if multiple threads end up with the same
78     priority, it doesn't say which one to pick.  ("round-robin" order
79     would not apply here.)
80
81     Is that correct?
82
83   - Godmar:
84     
85     One of my groups implemented priority donation with these data
86     structures in synch.cc:
87     ---
88     struct value
89     {
90       struct list_elem elem;      /* List element. */
91       int value;                  /* Item value. */
92     };
93
94     static struct value values[10];
95     static int start = 10;
96     static int numNest = 0;
97     ---
98     In their implementation, the "elem" field in their "struct value" is
99     not even used.
100
101     The sad part is that they've passed all tests that are currently in
102     the Pintos base with this implementation. (They do fail the additional
103     tests I added priority-donate-sema & priority-donate-multiple2.)
104
105     Another group managed to pass all tests with this construct:
106     ---
107     struct lock
108       {
109         struct thread *holder;      /* Thread holding lock (for debugging). */
110         struct semaphore semaphore; /* Binary semaphore controlling access. */
111         //*************************************
112         int pri_prev;
113         int pri_delta;              //Used for Priority Donation
114         /**************************************************/
115       };
116     ---
117     where "pri_delta" keeps track of "priority deltas." They even pass
118     priority-donate-multiple2.
119
120     I think we'll need a test where a larger number of threads & locks
121     simultaneously exercise priority donation to weed out those
122     implementations.
123
124     It may also be a good idea to use non-constant deltas for the low,
125     medium, and high priority threads in the tests - otherwise, adding a
126     "priority delta" might give - by coincidence - the proper priority for
127     a thread.
128
129   - Godmar: Another thing: one group passed all tests even though they
130     wake up all waiters on a lock_release(), rather than just
131     one. Since there's never more than one waiter in our tests, they
132     didn't fail anything. Another possible TODO item - this could be
133     part a series of "regression tests" that check that they didn't
134     break basic functionality in project 1. I don't think this would
135     be insulting to the students.
136
137 * Userprog project:
138
139   - Get rid of rox--causes more trouble than it's worth
140
141   - Extra credit: specifics on how to implement sbrk, malloc.
142
143   - Godmar: We're missing tests that pass arguments to system calls
144     that span multiple pages, where some are mapped and some are not.
145     An implementation that only checks the first page, rather than all
146     pages that can be touched during a call to read()/write() passes
147     all tests.
148
149   - Godmar: Need some tests that test that illegal accesses lead to
150     process termination. I have written some, will add them. In P2,
151     obviously, this would require that the students break this
152     functionality since the page directory is initialized for them,
153     still it would be good to have.
154
155   - Godmar: There does not appear to be a test that checks that they
156     close all fd's on exit.  Idea: add statistics & self-diagnostics
157     code to palloc.c and malloc.c.  Self-diagnostics code could be
158     used for debugging.  The statistics code would report how much
159     kernel memory is free.  Add a system call
160     "get_kernel_memory_information".  User programs could engage in a
161     variety of activities and notice leaks by checking the kernel
162     memory statistics.
163
164   - Godmar: is there a test that tests that they properly kill a process that
165     attempts to access an invalid address in user code, e.g. *(void**)0 =
166     42;?
167
168     It seems all of the robustness tests deal with bad pointers passed to
169     system calls (at least judging from test/userprog/Rubric.robustness),
170     but none deals with bad accesses by user code, or I am missing
171     something.
172
173     ps: I found tests/vm/pt-bad-addr, which is in project 3 only, though.
174
175     For completeness, we should probably check read/write/jump to unmapped
176     user virtual address and to mapped kernel address, for a total of 6
177     cases. I wrote up some tests, see
178     http://people.cs.vt.edu/~gback/pintos/bad-pointers/
179
180   - process_death test needs improvement
181
182   - Godmar: In the wait() tests, there's currently no test that tests
183     that a process can only wait for its own children. There's only
184     one test that tests that wait() on an invalid pid returns -1 (or
185     kills the process), but no test where a valid pid is used that is
186     not a child of the current process.
187
188     The current tests also do not ensure that both scenarios (parent waits
189     first vs. child exits first) are exercised. In this context, I'm
190     wondering if we should add a sleep() system call that would export
191     timer_sleep() to user processes; this would allow the construction of
192     such a test. It would also make it easier to construct a test for the
193     valid-pid, but not-a-child scenario.
194
195     As in Project 4, the baseline implementation of timer_sleep() should
196     suffice, so this would not necessarily require basing Project 2 on
197     Project 1. [ A related thought: IMO it would not be entirely
198     unreasonable to require timer_sleep() and priority scheduling sans
199     donation from Project 1 working for subsequent projects. ]
200
201 * VM project:
202
203   - Godmar: Get rid of mmap syscall, add sbrk.
204
205   - Godmar: page-linear, page-shuffle VM tests do not use enough
206     memory to force eviction.  Should increase memory consumption.
207
208   - Godmar: fix the page* tests to require swapping
209
210   - Godmar: make sure the filesystem fails if not properly
211     concurrency-protected in project 3.
212
213   - Godmar: Another area in which tests could be created are for
214     project 3: tests that combine mmap with a paging workload to see
215     their kernel pages properly while mmapping pages - I don't think
216     the current tests test that, do they?
217
218 * Filesys project:
219
220   - Need a better way to measure performance improvement of buffer
221     cache.  Some students reported that their system was slower with
222     cache--likely, Bochs doesn't simulate a disk with a realistic
223     speed.
224
225     (Perhaps we should count disk reads and writes, not time.)
226
227   - Do we check that non-empty directories cannot be removed?
228
229   - Need lots more tests.
230
231   - Add FS persistence test(s).
232
233   - Godmar: I'm not sure if I mentioned that already, but I passed all
234     tests for the filesys project without having implemented inode
235     deallocation. A test is needed that checks that blocks are
236     reclaimed when files are deleted.
237
238   - Godmar: I'm in the middle of project 4, I've started by
239     implementing a buffer cache and plugging it into the existing
240     filesystem.  Along the way I was wondering how we could test the
241     cache.
242
243     Maybe one could adopt a similar testing strategy as in project 1
244     for the MLQFS scheduler: add a function that reads
245     "get_cache_accesses()" and a function "get_cache_hits()".  Then
246     create a version of pintos that creates access traces for a
247     to-be-determined workload.  Run an off-line analysis that would
248     determine how many hits a perfect cache would have (MAX), and how
249     much say an LRU strategy would give (MIN).  Then add a fudge
250     factor to account for different index strategies and test that the
251     reported number of cache hits/accesses is within (MIN, MAX) +/-
252     fudge factor.
253
254     (As an aside - I am curious why you chose to use a clock-style
255     algorithm rather than the more straightforward LRU for your buffer
256     cache implementation in your sample solution. Is there a reason
257     for that?  I was curious to see if it made a difference, so I
258     implemented LRU for your cache implementation and ran the test
259     workload of project 4 and printed cache hits/accesses.  I found
260     that for that workload, the clock-based algorithm performs almost
261     identical to LRU (within about 1%, but I ran nondeterministally
262     with QEMU). I then reduced the cache size to 32 blocks and found
263     again the same performance, which raises the suspicion that the
264     test workload might not force any cache replacement, so the
265     eviction strategy doesn't matter.)
266
267   - Godmar: I haven't analyzed the tests for project 4 yet, but I'm
268     wondering if the fairness requirements your specification has for
269     readers/writers are covered in the tests or not.
270
271
272 * Documentation:
273
274   - Add "Digging Deeper" sections that describe the nitty-gritty x86
275     details for the benefit of those interested.
276
277   - Add explanations of what "real" OSes do to give students some
278     perspective.
279
280 * To add partition support:
281
282   - Find four partition types that are more or less unused and choose
283     to use them for Pintos.  (This is implemented.)
284
285   - Bootloader reads partition tables of all BIOS devices to find the
286     first that has the "Pintos kernel" partition type.  (This is
287     implemented.)  Ideally the bootloader would make sure there is
288     exactly one such partition, but I didn't implement that yet.
289
290   - Bootloader reads kernel into memory at 1 MB using BIOS calls.
291     (This is implemented.)
292
293   - Kernel arguments have to go into a separate sector because the
294     bootloader is otherwise too big to fit now?  (I don't recall if I
295     did anything about this.)
296
297   - Kernel at boot also scans partition tables of all the disks it can
298     find to find the ones with the four Pintos partition types
299     (perhaps not all exist).  After that, it makes them available to
300     the rest of the kernel (and doesn't allow access to other devices,
301     for safety).
302
303   - "pintos" and "pintos-mkdisk" need to write a partition table to
304     the disks that they create.  "pintos-mkdisk" will need to take a
305     new parameter specifying the type.  (I might have partially
306     implemented this, don't remember.)
307
308   - "pintos" should insist on finding a partition header on disks
309     handed to it, for safety.
310
311   - Need some way for "pintos" to assemble multiple disks or
312     partitions into a single image that can be copied directly to a
313     USB block device.  (I don't know whether I came up with a good
314     solution yet or not, or whether I implemented any of it.)
315
316 * To add USB support:
317
318     - Needs to be able to scan PCI bus for UHCI controller.  (I
319       implemented this partially.)
320
321     - May want to be able to initialize USB controllers over CardBus
322       bridges.  I don't know whether this requires additional work or
323       if it's useful enough to warrant extra work.  (It's of special
324       interest for me because I have a laptop that only has USB via
325       CardBus.)
326
327     - There are many protocol layers involved: SCSI over USB-Mass
328       Storage over USB over UHCI over PCI.  (I may be forgetting one.)
329       I don't know yet whether it's best to separate the layers or to
330       merge (some of) them.  I think that a simple and clean
331       organization should be a priority.
332
333     - VMware can likely be used for testing because it can expose host
334       USB devices as guest USB devices.  This is safer and more
335       convenient than using real hardware for testing.
336
337     - Should test with a variety of USB keychain devices because there
338       seems to be wide variation among them, especially in the SCSI
339       protocols they support.  Should try to use a "lowest-common
340       denominator" SCSI protocol if any such thing really exists.
341
342     - Might want to add a feature whereby kernel arguments can be
343       given interactively, rather than passed on-disk.  Needs some
344       though.