Lab2:System Call

写在最前

这篇笔记主要记录一下lab2 system call遇到的困难和一些思考，以及在做这个实验要求要看的xv6源码的整理。

Sysinfo (moderate)

• 实验目的

在这个小实验中，需要实现一个系统调用 sysinfo, 返回系统运行时的一些信息，例如进程的数目，物理内存的多少等。我们需要定义一个sysinfo的结构体，这个结构体中有一些系统运行时的信息。

• 实验流程

1. 把 $U/_sysinfotest 添加到Makefile中的 UPROGS。

2. 为用户进程调用该系统调用提供一个接口： user/user.h 中。

3. 在 usys.pl文件中添加一行 entry("sysinfo")

   // user/user.h
   int sysinfo(struct sysinfo *);
   // usys.pl
   entry("sysinfo")

   在 usys.pl文件中有对应的一行 entry(“sysinfo”)，会直接生成相应的汇编代码。生成的汇编代码中指明了系统调用号，还有一条 ecall 指令陷入系统内核。

   sub entry {
       my $name = shift;
       print ".global $name\n";
       print "${name}:\n";
       print " li a7, SYS_${name}\n";
       print " ecall\n";
       print " ret\n";
   }

4. 在kernel/syscall.h中新定义相应的系统调用号。

5. 在kernel/sysproc.c中实现 sys_sysinfo 函数

   // 由于已经进入内核，相应的参数存在寄存器中。
   uint64 sys_sysinfo(void);

   实际上，用户程序执行完 ecall 指令后，会执行 syscall 函数(关于 ecall 指令的具体细节会在下一次trapoline章节中详细讲到)。

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

syscall函数又会调用 syscalls[num]。

static uint64 (*syscalls[])(void) = {
    [SYS_fork] sys_fork,       // SYS_fork是宏，展开后是数字
    [SYS_exit] sys_exit,
    .....
    [SYS_sysinfo] sys_sysinfo,
};

这几行代码定义了一个名为 syscalls的静态数组，数组的每个元素都是一个指向函数的指针。

6. 实现 sys_sysinfo函数

   uint64 sys_sysinfo(void){
     // 有一个参数，表示 sysinfo 结构体的地址
     uint64 addr;
     if (argaddr(0, &addr) < 0){
       return -1;
     }
     // freemem    还剩下多少个字节(物理内存)
     // nproc      number of processes whose state is not UNUSED
     uint64 np;
     uint64 fm;
     np = cal_proc_unused();
     fm = cal_freemem();
     struct proc *p = myproc();
     struct sysinfo tmp;
     tmp.freemem = fm;
     tmp.nproc = np;
     if (copyout(p->pagetable, addr, (char *)(&tmp), sizeof(tmp)) < 0){
       return -1;
     }
     return 0;
   }

• 内核中物理内存的组织 (kalloc.c文件)

  xv6 将物理内存组织成一个链表。
  kmem是指向空闲物理页的链表。

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

分配物理页和回收物理页

void *
kalloc(void){
  struct run *r;

  acquire(&kmem.lock);
  r = kmem.freelist;
  if (r)
    kmem.freelist = r->next;
  release(&kmem.lock);

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


void kfree(void *pa){
  struct run *r;

  if (((uint64)pa % PGSIZE) != 0 || (char *)pa < end || (uint64)pa >= PHYSTOP)
    panic("kfree");

  // Fill with junk to catch dangling refs.
  memset(pa, 1, PGSIZE);

  r = (struct run *)pa;

  acquire(&kmem.lock);
  r->next = kmem.freelist;
  kmem.freelist = r;
  release(&kmem.lock);
}

根据上面的提示，就可以写出计算剩余物理内存的函数了。

uint64 cal_freemem(){
  struct run *r;
  uint64 mem = 0;
  // acquire(&kmem.lock);
  r = kmem.freelist;
  while (r)
  {
    r = r->next;
    mem++;
  }
  // release(&kmem.lock);
  return mem * PGSIZE;
}