mit 6.S081 Lab2 System Call

做这个实验之前需要把 xvb book 第二章和第四章的 4.3 4.4看了， 有助于理解。

System call tracing

实验大意

实现trace指令， trace接受mask以及调用的程序和它的参数。mask代表要追踪哪些系统调用，这些都可以在kernel/syscall.h中看到

过程

大致思路是通过trace函数将进程中新添加的trace_mask设置好，当syscall调用时，通过trace_mask和被调用的系统调用的mask进行相与，如果大于零，就打印该系统调用的信息。

这个lab已经提供了user/trace.c这个函数，所以不需要自己写，但是需要在user/user.h，user/usys.pl，以及kernel/syscall.h添加声明，还需要在kernel/syscall.c中的函数指针数组中，添加后面需要我们自己在 kernel/sysproc.c添加的sys_trace。

// user/user.h
int trace(int);

// user/usys.pl
entry("trace");

// kernel/syscall.h
#define SYS_trace  22

//kernel/syscall.c
static uint64 (*syscalls[])(void) = {
[SYS_fork]    sys_fork,
[SYS_exit]    sys_exit,
[SYS_wait]    sys_wait,
[SYS_pipe]    sys_pipe,
[SYS_read]    sys_read,
[SYS_kill]    sys_kill,
[SYS_exec]    sys_exec,
[SYS_fstat]   sys_fstat,
[SYS_chdir]   sys_chdir,
[SYS_dup]     sys_dup,
[SYS_getpid]  sys_getpid,
[SYS_sbrk]    sys_sbrk,
[SYS_sleep]   sys_sleep,
[SYS_uptime]  sys_uptime,
[SYS_open]    sys_open,
[SYS_write]   sys_write,
[SYS_mknod]   sys_mknod,
[SYS_unlink]  sys_unlink,
[SYS_link]    sys_link,
[SYS_mkdir]   sys_mkdir,
[SYS_close]   sys_close,
[SYS_trace]   sys_trace,//新添加的函数指针，指向sysproc.c中的sys_trace
}

然后向kernel/proc.h 中的 struct proc 添加 int trace_mask

struct proc {
  ......
  int trace_mask;
};

user调用trace时，实际上调用的是sys_trace，所以我们需要添加在 kernei/sysproc.c的sys_trace函数。。

// kernel/sysproc.c
//这里我将主要的函数写在了 kernel/proc.c中
uint64
sys_trace(void)
{
  int trace_mask = 0; 
  if(argint(0, &trace_mask) < 0)// 通过argint读取调用trace时所传入的参数
    return -1;
  return trace(trace_mask);
}

//kernel/proc.c
int trace(int mask)
{
  struct proc *p = myproc();//获取当前进程
  p->trace_mask = mask;// 将当前进程的trace_mask设置为 mask
  return 0;
}
//kernel/defs.h
//在proc定义的函数，需要在 defs.h中添加声明，这样sysporc.c中才可以使用

//proc.h
.......
int             trace(int);

我们还需要在调用fork生成子进程的时候，将父进程的trace_mask复制给子进程

np->trace_mask = p->trace_mask;

最后需要在syscall中，判断是否被调用的函数包含在mask中，如果包含在mask中，则输出信息，因为输出信息需要输出系统调用的函数名，所以还需要添加一个字符串数组。

kernel/syscall.h
char * fun_name[35]={
  "null",//在函数的mask都是从1开始的，所以null作为占位符。
  "fork",
  "exit",
  "wait",
  "pipe",
  "read",
  "kill",
  "exec",
  "fstat",
  "chdir",
  "dup",
  "getpid",
  "sbrk",
  "sleep",
  "uptime",
  "open",
  "write",
  "mknod",
  "unlink",
  "link",
  "mkdir",
  "close",
  "trace",
  "sysinfo"
};
void
syscall(void)
{
  int num;
  struct proc *p = myproc();

  num = p->trapframe->a7;
  int mask_value = 1 << num;
  if(num > 0 && num < NELEM(syscalls) && syscalls[num]) {
    
    p->trapframe->a0 = syscalls[num]();
    if((mask_value & (p->trace_mask)) != 0)//如果当前函数的mask在trace_mask中,就打印信息，a0寄存器中包含函数的返回值。
      printf("%d: syscall %s -> %d\n", p->pid, fun_name[num], p->trapframe->a0);
  } else {
    printf("%d %s: unknown sys call %d\n",
            p->pid, p->name, num);
    p->trapframe->a0 = -1;
  }

这样我们就完成了lab2的第一个实验。

Sysinfo

实验大意

实现sysinfo，获取系统中有多少非UNUSED的进程和空闲内存字节数。

过程

和上一个system call 实验一样，需要将sysinfo声明在各个文件中，实验介绍中已经给出来了。
然后就是获取当前不是UNUSED的进程，比较简单。

// kernel/proc.c
int count_proc(void)
{
  int count = 0;
  struct proc *p;
  for(p = proc; p < &proc[NPROC]; p++) //proc是全局变量，是进程的数组，NPROC是进程的个数
  {
    acquire(&p->lock);// 先给所查询的进程上锁
    if(p->state != UNUSED)// 如果state不是 unused，则count++
      count ++;
    release(&p->lock);
  }
  return count;
}

然后就是获取空闲内存字节数， xv6是通过freelist管理的内存，每个页大小为PAGESIZE，相关代码可以参考 kernel/kalloc.c中的kalloc

// Allocate one 4096-byte page of physical memory.
// Returns a pointer that the kernel can use.
// Returns 0 if the memory cannot be allocated.
void *
kalloc(void)
{
  struct run *r;

  acquire(&kmem.lock);
  r = kmem.freelist; // 获取freelist的头指针
  if(r)
    kmem.freelist = r->next; //获取一个freelist中的页
  release(&kmem.lock);

  if(r)
    memset((char*)r, 5, PGSIZE); // fill with junk
  return (void*)r;
}

通过阅读这个代码，就可以知道想计算空闲内存的大小，只需要计算freelist中有多少个页就行了。

uint64 get_freemem_num(void)
{
  struct run *r;
  uint64 num = 0;
  acquire(&kmem.lock);// 上锁
  r = kmem.freelist;
  while(r)
  {
    num ++; // 如果当前指针指向的是一个页，num++
    r = r->next; 
  }
  release(&kmem.lock);
  return num * PGSIZE; // 通过页的个数 乘上 页的大小来获取内存空闲大小
}

至此，我们需要的两个函数就写完了，剩下的就是完成kernel/sysproc.c 中的sysinfo函数了，需要注意的是，当程序调用系统函数的时候，进入的是 kernel mode 无法通过 user mode 中的虚拟地址直接将数据存入虚拟地址所指向的物理地址，因为目前xv6是有一个全局的kernel page table，其中没有每个进程的user table 的映射，所以需要使用copyout来获取指定page table中的物理地址，并将数据存入进去。

uint64
sys_sysinfo(void)
{
  uint64 st;
  struct proc *p = myproc();
  struct sysinfo info;
  if(argaddr(0, &st) < 0)
  {
    printf("sys_sysinfo: get addr error\n");
    return -1;
  }
  info.freemem = get_freemem_num();
  info.nproc = count_proc();
  if(copyout(p->pagetable, st, (char *)&info, sizeof info) < 0) // 获取物理地址，并将info存入其中。
  {
    printf("sys_sysinfo: copyout error\n");
    return -1;
  }
  return 0;
}

在添加函数的时候，不要忘记取 defs.h中添加对应的声明。

我们lab2整个就完成了^_^