Lab 2 - System calls

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从lab2开始便深入xv6细节。

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qemu模拟器模拟了ROM, RAM, Disk和 serial connection to 用户的屏幕/键盘。

RISC-V具有三个模式：machine supervisor和user mode，一般的特权指令是指supervisor mode，user space要调用系统调用的时候，需要在寄存器先设置好参数，再通过ecall指令到特权模式，通过sret退出。

xv6的地址空间为39bit，而xv6只用其中的38bit。逻辑空间最大值MAXVA= $2^{38}-1$ 。进程抽象为proc结构，其中存储着诸如pagetable等成员。同时，进程维护着两个堆栈，用户堆栈和内核堆栈kstack，内核堆栈在进入特权模式下使用且独立，因此进程损坏的时候，kernel仍然能在kstack中执行。

xv6的启动过程中：

首先在bootloader（ROM）读取引导程序，引导程序将xv6 kernel载入内存在_entry中：

kernel/entry.S
.section .text
.global _entry
_entry:
        # set up a stack for C.
        # stack0 is declared in start.c,
        # with a 4096-byte stack per CPU.
        # sp = stack0 + (hartid * 4096)
        la sp, stack0
        li a0, 1024*4
        csrr a1, mhartid
        addi a1, a1, 1
        mul a0, a0, a1
        add sp, sp, a0
        # jump to start() in start.c
        call start
spin:
        j spin

RISC-V（此时为machine mode）启动的时候禁用了分页硬件，因此程序的虚拟地址直接映射入物理地址。

loader直接将kernel映射入物理地址0x80000000，这也是qemu的入口地址。0到0x80000000的这一部分则是IO设备。

entry.S创建了C代码所需的栈stack0，并启动了start function(kernel/start.c)
start.c将mode转为supervisor（通过mret）并载入main函数地址（mepc）以及其他必要设置，如委托中断和异常给supervisor mode，启动clock等，最后将pc转为main函数。
main函数启动必要的配置，在userinit里创建第一个进程。
进程执行kernel/initcode.S汇编程序，invoke exec 系统调用，转变为/init。当kernel执行exec完毕，将会返回/init 程，该进程会执行诸如打开标准文件描述符和启动shell等任务。

main函数干了什么？

kinit：设置page allocator

kvminit：设置虚拟内存

kvminitstart：打开页表

processinit：设置初始进程

trapinit：设置user/kernel mode转换代码

plicinit：中断控制器

binit：buffer cache

fileinit：文件系统

virtio_disk_init：初始化磁盘

userinit：启动第一个进程

System call tracing (moderate)

还是读题问题。英语太差是这样的。

这题讲明了需要在proc结构里增加变量来实现tracing。因此，系统调用trace只需要改变调用进程的mask，fork的子进程便会继承mask(修改fork实现)。

当进行系统调用的时候，syscall函数便会检查mask，默认0，其他情况便可以检查来打印具体函数。

proc结构里增加mask字段来记录要trace的系统调用。

kernel/syscall.c
void syscall(void)
{
  int num;
  struct proc *p = myproc();

  num = p->trapframe->a7; // 记录系统调用
  if(num > 0 && num < NELEM(syscalls) && syscalls[num]) {
    p->trapframe->a0 = syscalls[num](); //返回值记录a0
    if((1 << num) & p->mask){
      printf("%d: syscall %s -> %d\n",
        p->pid, sysnames[num], p->trapframe->a0);
    }
  } else {
    printf("%d %s: unknown sys call %d\n",
            p->pid, p->name, num);
    p->trapframe->a0 = -1;
  }
}

kernel/sysproc.c 添加：

kernel/sysproc.c
uint64 sys_trace(void)
{ 
  uint64 mask;
  if(argaddr(0, &mask)<0)
    return -1;
  myproc()->mask = mask;
  return 0;
}

剩余的诸如修改fork和头文件等略。

Sysinfo (moderate)

具体函数用法需要看具体的用例。lab已经在kernel/file.c里头给出用法。

重要的就是arg函数以及copyout函数使用。

kernel/kalloc.c里增加：

kernel/kalloc.c
uint64 get_memory_count(void){
  uint64 count=0;
  struct run*r = kmem.freelist;
  while(r){
    count+=PGSIZE;
    r = r->next;
  }
  return count;
}

kernel/proc.c增加：

kernel/proc.c
int get_process_count(void){
  int count = 0;
  struct proc* p;
  for(p = proc; p < &proc[NPROC]; p++) {
      if(p->state != UNUSED){
        count++;
      }
  }
  return count;
}

kernel/sysproc.c 增加系统调用：

kernel/sysproc.c
uint64 sys_sysinfo(void)
{
  uint64 info;

  struct sysinfo nowinfo;
  if(argaddr(0, &info) < 0)
    return -1;
  nowinfo.freemem = get_memory_count();
  nowinfo.nproc = get_process_count();
  
  struct proc *p = myproc();
  if(copyout(p->pagetable, info, (char*)&nowinfo, sizeof(nowinfo))<0)
    return -1;
  return 0;
}

其他修改同trace。

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System call tracing (moderate)​

Sysinfo (moderate)​

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System call tracing (moderate)

Sysinfo (moderate)