6.S081/6.828: 2 Lab system calls

原创

冰寒火

修改于 2022-11-26 05:02:54

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修改于 2022-11-26 05:02:54

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上一个Lab实现了一些shell工具，这个Lab实现一些系统调用，来帮助理解系统调用如何工作、如何暴露。

一、trace

1 问题分析

实现一个trace，能够追踪某个进程（包括子进程）指定系统调用执行情况，打印它的状态，如下图所示。

传递mask来表示追踪的是哪个系统调用，例如：mask=1<<SYS_fork。
打印进程及其子进程运行某个系统调用的日志，所以mask应该添加在进程结构体中，并且fork内核函数也需要copy mask字段。

主要步骤如下：

kernel/proc.h添加tracemask字段。
kernel/sysproc.c添加sys_trace函数。
kernel/syscall.h添加系统调用号。
kernel/syscall.c系统调用表中添加一项，并增加系统调用名称表。
kernel/syscall.c中修改syscall函数。
在user/user.h中暴露该系统调用，在user/usys.pl中增加一项，用于生成汇编代码触发中断。

2 代码实现

//代码比较分散，只介绍主要代码
uint64
sys_trace(void)
{
  int mask;

  if(argint(0, &mask) < 0)
    return -1;
  myproc()->tracemask=mask;
  return 0;
}


static char* syscallnames[] = {
[SYS_fork]    "fork",
[SYS_exit]    "exit",
[SYS_wait]    "wait",
[SYS_pipe]    "pipe",
[SYS_read]    "read",
[SYS_kill]    "kill",
[SYS_exec]    "exec",
[SYS_fstat]   "fstat",
[SYS_chdir]   "chdir",
[SYS_dup]     "dup",
[SYS_getpid]  "getpid",
[SYS_sbrk]    "sbrk",
[SYS_sleep]   "sleep",
[SYS_uptime]  "uptime",
[SYS_open]    "open",
[SYS_write]   "write",
[SYS_mknod]   "mknod",
[SYS_unlink]  "unlink",
[SYS_link]    "link",
[SYS_mkdir]   "mkdir",
[SYS_close]   "close",
[SYS_trace]   "trace",
};
void
syscall(void)
{
  int num;
  struct proc *p = myproc();

  num = p->trapframe->a7;
  if(num > 0 && num < NELEM(syscalls) && syscalls[num]) {
    p->trapframe->a0 = syscalls[num]();
    if (p->tracemask&(1<<num)){
      printf("%d: %s %s %s %d\n",p->pid,"syscall",syscallnames[num],"->",p->trapframe->a0);
    }
    
  } else {
    printf("%d %s: unknown sys call %d\n",
            p->pid, p->name, num);
    p->trapframe->a0 = -1;
  }
}

二、sysinfo

1 问题分析

sysinfo系统调用用来统计当前空闲物理内存、存在的进程数量，我们需要对内存分配器、进程管理有一定的了解。

xv6的物理内存是用空闲链表管理的，统计这条链表上的页数就行。
xv6的进程分配是采用一个进程数组来维护，直接遍历这个数组上非UNUSED状态的进程即可。
用户态向内核传递数据，会存放在寄存器中，而内核trap代码会将寄存器保存在进程trap frame中。内核中有argint、argaddr、argfd，支持读取整数、指针、文件描述符，都是argraw的封装。
内核态和用户态不会直接读写同一份数据，而是会拷贝，copyout是将数据拷贝到用户地址中。

2 内存分配和进程管理

struct run {
  struct run *next;
};

struct {
  struct spinlock lock;
  struct run *freelist;
} kmem;


struct cpu cpus[NCPU];
//进程管理数组
struct proc proc[NPROC];

enum procstate { UNUSED, USED, SLEEPING, RUNNABLE, RUNNING, ZOMBIE };

每个run表示一个物理页，它的指针就是物理页起始地址，每一物理页都会存放下一物理页的地址，来减少辅助空间。进程是采用一个数组来管理。

3 代码实现

uint64
sys_sysinfo(void)
{
  struct sysinfo info;
  info.freemem=count_free_memory();
  info.nproc=count_proc();

  uint64 addr;
  if(argaddr(0, &addr) < 0)
    return -1;
  if(copyout(myproc()->pagetable,addr,(char*)&info,sizeof info)<0){
    return -1;
  }
  return 0;
}


uint64 count_free_memory(void){
  int pageNum=0;
  struct run *r;
  acquire(&kmem.lock);
  r=kmem.freelist;
  while (r){
    pageNum++;
    r=r->next;
  }
  release(&kmem.lock);
  return pageNum*PGSIZE;
}

//计算进程数量
uint64 count_proc(void){
  int count=0;
  for(int i=0;i< NPROC ;i++){
    if(proc[i].state!=UNUSED){
      count++;
    }
  } 
  return count;
}

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