Lab2: System Call

1. Preview

1.1 xv6-book Chap2

xv6-book的第二章和lecture3的内容类似，主要介绍了操作系统的组织结构，从物理资源的抽象、用户态/内核态、系统调用、微内核/宏内核以及代码层面展开

xv6-book的4.3、4.4节讲的是如何进行系统调用

1.2 code

了解xv6启动过程

_entry.S中将stack0+4096赋给栈指针寄存器sp，使得其指向栈顶，然后call start

start => main => userinit => initcode.S => init.c

2 System call tracing

trace是一个工具，能够记录指定的系统调用。

 $ trace 32 grep hello README3: syscall read -> 10233: syscall read -> 9663: syscall read -> 703: syscall read -> 0

 # 命令的格式$ trace [MASK] [OPTIONS...] # 其中[MASK]是一个数字n; 如果 (n >> i) & 1 == 1 表示i号系统调用需要trace# 输出的形式[pid]: syscall <name> -> <return_value>

首先需要明确的是trace也是一个系统调用，所以就需要大概明白从用户态调用trace工具到内核调用对应的系统调用的过程。

根据手册的指示大概能够推测出来

1、在命令行中输入：trace 32 grep hello README 后，实际上是执行 /user/trace.c 文件。过程就是先执行 trace 函数，然后再执行后面的命令。

2、这个 trace 函数是需要在 /user/user.h 文件中定义原型的，之后好像就找不到对应的实现了。其实之后的实现是在内核态了，需要先陷入内核，手册中说要在 /user/usys.pl 中定义一个 stub: entry("trace")，这个stub会在 user/usys.S 生成一段汇编代码：进行系统调用。

3、其中的ecall指令就会调用 /kernel/syscall.c 中的 syscall 函数，执行对应的系统调用函数 sys_<name>

然后就可以开始根据手册的提示写代码了...

在 kernel/sysproc.c 中增加 sys_trace() 函数
要在 proc 结构体中增加一个新的变量存储 trace 的参数
修改 syscall() 函数来打印 trace 输出
修改 fork() 函数使得 trace 的参数从父进程拷贝到子进程

 // 在 kernel/sysproc.c 中增加 sys_trace 函数uint64sys_trace(void){int n;if( argint(0, &n) < 0 ){return -1;}// parse the `n` to get which sys_call need to be tracedstruct proc* p = myproc();p->trace_mask = n;return 0;}

// 修改 kernel/syscall.c 中的 syscall 函数voidsyscall(void){int num;struct proc *p = myproc();num = p->trapframe->a7; // a7: sys_call numberif(num > 0 && num < NELEM(syscalls) && syscalls[num]) {p->trapframe->a0 = syscalls[num]();// add the trace checkif( (( p->trace_mask >> num ) & 1) == 1 ){ // need to traceprintf("%d: syscall %s -> %d\n", p->pid, sys_call_names[num], p->trapframe->a0);}} else {printf("%d %s: unknown sys call %d\n",p->pid, p->name, num);p->trapframe->a0 = -1;}}

测试结果

注意第四个测试有可能会超时，需要修改 gradelib.py 文件的第 428 行扩大时间限制

3 Sysinfo

还是实现一个系统调用，在内核填上 struct sysinfo 的两个字段，并拷贝回用户空间，主要过程：

像trace那样，在对应位置增加系统调用所需的相关信息。
在 kernel/proc.c 中增加一个统计 not UNUSED process 的函数
在 kernel/kalloc.c 中增加一个统计 free memory 的函数
理解 copyout 函数，在系统调用中将 struct sysinfo 从内核空间拷贝入用户空间

核心代码

// need to copy the sysinfo struct from kernel space to user spaceuint64sys_sysinfo(void){uint64 addr;if( argaddr(0, &addr) < 0 ){return -1;}struct sysinfo si;si.nproc = notunusedproc();si.freemem = freemem();struct proc* p = myproc();if( copyout(p->pagetable, addr, (char *)(&(si)), sizeof(si)) < 0 ){return -1;}return 0;}

统计不是 UNUSED 的进程数量，只需要遍历 proc 数组即可。

 uint64notunusedproc(void){int num = 0;for(int i = 0; i < NPROC; i++){if(proc[i].state != UNUSED){num++;}}return num;}

统计 free memory，需要读一下 kalloc.c 的代码，会发现在 kalloc 函数中，如果 kmem.freelist 不为空的话就会分配一个 PGSIZE 的内存空间，所以只需要统计 kmem.freelist 链表长度即可。

 uint64freemem(void){struct run* r = kmem.freelist;int num = 0;while(r){r = r->next;num++;}return num * PGSIZE;}