環(huán)境

ubuntu18.04,虛擬機(jī)用的是virtualBox。在之前的實(shí)驗(yàn)我用的都是本機(jī)的系統(tǒng)ubuntu20.04，不知道為什么編譯完xv6-public后make qemu無(wú)法運(yùn)行kernel。所以就換到虛擬機(jī)去了，發(fā)現(xiàn)18.04是可以make qemu的。

本次實(shí)驗(yàn)地址:HW2 system calll

正文

總體來(lái)說(shuō)的話(huà)，本次實(shí)驗(yàn)不是特別難。官網(wǎng)說(shuō)實(shí)驗(yàn)前先閱讀一下chapter 1,chapter 1有部分內(nèi)容沒(méi)有完全理解。不過(guò)和本次實(shí)驗(yàn)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程不是特別相關(guān)。
第一部分:System call tracing
第一個(gè)任務(wù)就是修改xv6的源碼，打印出每一個(gè)每一個(gè)系統(tǒng)掉調(diào)用的流程。只要打印出system call的名字以及system call的返回值。輸出的格式如下:

fork -> 2
exec -> 0
open -> 3
close -> 0
$write -> 1
 write -> 1

這是init forking和execing sh的輸出。sh確保就打開(kāi)兩個(gè)file descriptor,并且sh還輸出了$提示符(注意: shell的trace和system call的trace，這兩者的輸出是交替的，因?yàn)閟hell使用了write這個(gè)system call來(lái)輸出內(nèi)容)。。說(shuō)實(shí)話(huà)沒(méi)懂這段話(huà)的意思。
來(lái)完成一下這個(gè)第一部分的具體實(shí)現(xiàn)。提示讓我們修改syscall.c中的函數(shù)syscall來(lái)實(shí)現(xiàn)。
思路
syscall.c里面的一個(gè)數(shù)組static int (* syscalls[])(void) = {}這個(gè)比較難懂。這個(gè)的意思是定義了一個(gè)數(shù)組叫做syscall,然后取得它的指針。這個(gè)數(shù)組里面的內(nèi)容是無(wú)參數(shù)(void)，返回值為int的函數(shù)指針，主要的話(huà)還是理解一下函數(shù)指針。然后數(shù)組里面的話(huà)，這個(gè)叫做designated initializers。這個(gè)主要的用處就是可以指定直接聲明數(shù)組中指定下標(biāo)元素的值。比如說(shuō):

int a[6] = {[4] = 29, [2] = 15 }

等于

 int a[6] = { 0, 0, 15, 0, 29, 0 };

雖然Mit給的代碼當(dāng)中沒(méi)有等于號(hào)，這個(gè)是因?yàn)椋?/p>

An alternative syntax for this that has been obsolete since GCC 2.5 but GCC still accepts is to write ‘[index]’ before the element value, with no ‘=’.

至此，關(guān)于這個(gè)數(shù)組的基本的概念都說(shuō)完了?？匆幌逻@個(gè)數(shù)組當(dāng)中[SYS_fork],[SYS_exit]等里面的SYS_fork是一個(gè)宏，比如說(shuō)SYS_fork=0。接下來(lái)實(shí)現(xiàn)題目的要求：輸出系統(tǒng)調(diào)用的名字以及返回值
思路：
在正式實(shí)現(xiàn)代碼之前，先稍微說(shuō)一下syscall這個(gè)函數(shù)，下面代碼是一個(gè)實(shí)現(xiàn)一個(gè)syscall的關(guān)鍵代碼，eax寄存器保存的是需要調(diào)用的system call的下標(biāo)，所以num = curproc->tf->eax;這個(gè)是獲得需要調(diào)用哪個(gè)system call。然后經(jīng)過(guò)一些安全檢查后,使用num來(lái)從syscalls當(dāng)中獲得對(duì)應(yīng)system call，syscalls里面都是函數(shù)指針，所以syscalls[num]()相當(dāng)于直接執(zhí)行函數(shù),返回值放在eax寄存器(x86 calling convention)當(dāng)中。為了獲得system call的名字，我們首先需要也建一個(gè)數(shù)組，和上面的syscalls 長(zhǎng)得有點(diǎn)像,它能夠根據(jù)當(dāng)前的系統(tǒng)調(diào)用的下標(biāo)來(lái)獲得對(duì)應(yīng)的system call name，然后返回值就是curproc->tf->eax。

void syscall(void)
{
  int num;
  struct proc *curproc = myproc();

  num = curproc->tf->eax;
  if (num > 0 && num < NELEM(syscalls) && syscalls[num])
  {
    curproc->tf->eax = syscalls[num]();
  }
  else
  {
    cprintf("%d %s: unknown sys call %d\n",
            curproc->pid, curproc->name, num);
    curproc->tf->eax = -1;
  }
}

實(shí)現(xiàn):

static char *syacall_name[] = {
    [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_date] = "date",
};
void syscall(void)
{
  int num;
  struct proc *curproc = myproc();

  num = curproc->tf->eax; //system call的下標(biāo)
  if (num > 0 && num < NELEM(syscalls) && syscalls[num])
  {
    curproc->tf->eax = syscalls[num](); //返回值
    cprintf("%s->%d\n",syacall_name[num],curproc->tf->eax);
  }
  else
  {
    cprintf("%d %s: unknown sys call %d\n",
            curproc->pid, curproc->name, num);
    curproc->tf->eax = -1;
  }
}

結(jié)合上面的以及我的具體實(shí)現(xiàn)，應(yīng)該可以理解這個(gè)問(wèn)題的思路。下面的是我的實(shí)驗(yàn)結(jié)果截圖。

結(jié)果

第二部分:Date system call
本實(shí)驗(yàn)的第二部分是為xv6添加一個(gè)新的系統(tǒng)調(diào)。新增加一個(gè)獲得當(dāng)前時(shí)間的系統(tǒng)調(diào)用。利用cmostime（）(defined in lapic.c)可以來(lái)獲得當(dāng)前的時(shí)間。data.h包含了一個(gè)結(jié)構(gòu)體struct rtdate，它將作為參數(shù)傳給cmostime()。
你應(yīng)該新建一個(gè)user-level program來(lái)調(diào)用你新創(chuàng)建的系統(tǒng)調(diào)用。用mit給出的示例代碼就行。為了使得新添加的system call能夠被xv6使用，應(yīng)該在Makefile中的UPROGS加上_data(具體我沒(méi)理解，就是照著他的意思去做的，沒(méi)有認(rèn)真去觀察Makefile中所有的語(yǔ)句)。**實(shí)現(xiàn)新的系統(tǒng)調(diào)用應(yīng)該模仿現(xiàn)有的系統(tǒng)的調(diào)用的方式，比如說(shuō)uptime這個(gè)system call.通過(guò)命令grep -n uptime *.[chS]命令來(lái)查看。
下面是我的輸出結(jié)果：

grep的輸出結(jié)果

可以看到我們?nèi)绻枰略黾右粋€(gè)system call就需要在這些文件中寫(xiě)入和我們system call 有關(guān)的內(nèi)容。上面那個(gè)//[SYS_uptime] = "uptime"是完成第一部分實(shí)驗(yàn)留下的注釋?zhuān)捅绢}無(wú)關(guān)。system call具體的函數(shù)實(shí)現(xiàn)是在sysproc.c這個(gè)文件的當(dāng)中的，chapter 1暫時(shí)還沒(méi)有詳細(xì)的說(shuō)system call的執(zhí)行過(guò)程，所以我們此時(shí)只需要關(guān)注如何去實(shí)現(xiàn)新增加一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用，而不是system call的執(zhí)行流程。
為了減少空間，我就把所有的放在一起:

//date.c
int main(int argc, char *argv[])
{
    struct rtcdate r;

    if (date(&r))
    {
        printf(2, "date failed\n");
        exit();
    }

    // your code to print the time in any format you like...
   
  //standard output 的file descriptor 是1,所以第一個(gè)參數(shù)是1 
   printf(1,"%d-%d-%d %d:%d:%d\n",r.year,r.month,r.day,r.hour,r.minute,r.second);
    exit();
}
//syscall.c
//syscall.c的這個(gè)數(shù)組中加入sys_date
static int (*syscalls[])(void) = {
    .....
    [SYS_date] sys_date,
};

//syscall.c
extern int sys_date(void);

//sysproc.c
int
sys_date(void) 
{
    struct rtcdate *r;
    if(argptr(0, (void*)&r, sizeof(*r)) < 0)
        return -1;
  cmostime(r); //這個(gè)函數(shù)獲得了具體的時(shí)間
    return 0;
}

//user.h
//在user.h加入一個(gè)這樣的函數(shù)聲明
int date(struct rtcdate* r);

//usys.S
SYSCALL(date)

challenge暫時(shí)沒(méi)做。其他的話(huà)應(yīng)該本次作業(yè)是不難的，下面是我的輸出結(jié)果，別忘了要把新的date.c加到Makefile中去。時(shí)間差8小時(shí)（此時(shí)的北京時(shí)間是19.28分），是因?yàn)槲覀兊臅r(shí)區(qū)是東八區(qū)。不過(guò)問(wèn)題不大，到此我們就知道了如何往xv6加入新的system call了。具體關(guān)于system call的執(zhí)行流程，應(yīng)該在chapter 3會(huì)學(xué)習(xí)到.

date system call