Nachos系统调用实习报告解析Word下载.docx

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总体概述

自lab4我们完成了虚拟内存的实习，可以运行用户程序之后，我们就考虑加入系统调用。

即，用户程序可以通过特定的系统调用，陷入Nachos内核，从而完成特定的目标。

本次lab一共要求完成10个系统调用，包括两大部分，文件系统相关——Create，Open，Close，Read，Write；

用户程序相关——Exec，Fork，Yield，Join，Exit。

需要在阅读和理解源码的基础上，知道系统调用的执行流程，进一步修增源代码，实现新增的系统调用功能。

任务完成情况

任务完成列表（Y/N）

Exercise1

Exercise2

Exercise3

Exercise4

Exercise5

Yes

具体Exercise的完成情况

Exercise1：

源代码阅读

任务：

阅读与系统调用相关的源代码，理解系统调用的实现原理。

完成情况：

1.Syscall.h

概述：

1）定义了每个系统调用对应的系统调用号

2）声明了每个系统调用

2.Exception.cc

对系统陷入进行处理。

1）从machine的2号寄存器读入系统调用号

2）执行对应的操作代码（需要自己完成）

3）（如果需要）将返回值写回Machine的2号寄存器

3.Start.s

当用户程序执行一个系统调用的时候，将参数放入2号寄存器，然后跳转到exception.cc执行。

以Halt为例：

将系统调用号放入2号寄存器

4.总结

当用户希望执行一条系统调用的时候：

1）在用户程序中调用

2）当这条语句被OneInstruction函数解析执行时，会判断出这是一条系统调用，转入start.s

3）在start.s中找到系统调用对应的入口（可能需要自己增加），将系统调用号放入machine的2号寄存器，并转入exception.cc

4）在exception.cc中，读出2号寄存器中的系统调用号，执行对应操作

5）必要时，将返回值写回2号寄存器，并注意，将PC前进。

6）指令回到用户程序系统调用的下一条继续执行。

系统调用完成。

为了执行一条系统调用，我们需要完成的部分：

1）

第一步：

增加需要编译的文件名称。

这两个是我新增的

自己写一个用于测试的用户程序的.c文件，并修改test的Makefile，使得用户程序能够被Nachos系统执行。

第二步，增加如何编译的信息。

2）因为本次lab需要写的系统调用，在start.s中都已经写好了，因此我们不需要修改。

同样，syscall.h中，系统调用号和函数声明也都写好了。

（但如果希望自己新增系统调用，这两个文件是需要修改的，修改方式可以参照别的系统调用）

3）补充exception.cc，执行对应的系统调用操作。

Exercise2:

系统调用实现

类比Halt的实现，完成与文件系统相关的系统调用：

Create,Open，Close，Write，Read。

Syscall.h文件中有这些系统调用基本说明。

Exercise3:

编写用户程序

编写并运行用户程序，调用练习2中所写系统调用，测试其正误。

EX2+EX3完成情况：

首先，在完成了文件系统的lab之后，为了能够让userprog编译通过，需要修改system.h的makefile，多include几个头文件以及声明extern变量。

否则，会出现：

undefinedreference***这种情况。

其次，我们需要在exception.cc中，加入系统调用入口：

1.voidCreate（char*name）

1）从4号寄存器读入文件名指针

2）利用指针，从Machine的mainmemory（内存）中，读出文件名

3）用文件名为参数，调用filesystem的create函数，创建文件（默认长度256byte）

4）将PC前移：

（machine.cc中定义）

代码：

（从内存中读出文件名部分）

测试截图：

之后在userprog文件夹下，就出现了a.txt这个文件（因为我是用UNIX的文件系统来做这次lab的）

2.OpenFileIdOpen（char*name）

1）从4号寄存器读入文件名指针

3）用文件名为参数，调用filesystem的open函数，打开文件，返回OpenFile指针（在Nachos系统中，OpenFile相当于是文件描述符）

4）将OpenFile指针写回machine的2号寄存器（machine->

WriteRegister（2,（int）openfile））

5）PC前移

（Openfile写回部分）

测试截图：

（打开失败）（Open成功会配合之后的系统调用再进行测试截图）

3.voidClose（OpenFileIdid）

1）从4号寄存器中读出OpenFile的指针

2）调用filesystem的close方法，将openfile关闭（自己编写的close方法，其中将传入的OpenFile指针delete掉）

3）PC前移

（从寄存器中读出Openfile指针+关闭部分）

（Close配合open系统调用测试截图）

注意：

打开文件返回的文件指针，和关闭文件时读取的文件指针相同。

关闭文件

打开文件

创建文件

4.intRead（char*buffer,intsize,OpenFileIdid）

1）从4号寄存器读出来装载字符串的指针

2）从5号寄存器读出需要读取的字符串长度

3）从6号寄存器读出OpenFile的指针

4）调用openfile的read函数，从光标位置读出一定长度的字符串，存入临时数组当中

5）将读出来的内容，写回machine的mainmemory中，写入的位置就是字符串指针依次往后。

6）将openfile的read函数的返回值，写入2号寄存器当中。

（见write部分，二者配合测试。

）

5.voidWrite（char*buffer,intsize,OpenFileIdid）

4）从machine的mainmemory中，从字符串指针位置开始，连续读出字符串长度个字符

5）将读出来的内容，调用OpenFile的write方法，写入文件当中。

a）单独测试write

成功写入希望写入的内容

b）配合read一起测试

字符的起始位置都是一样的。

打开文件b，将a读取的内容写入b（指针也相同~）

打开文件a，读取文件a（指针相同）

Exercise4:

实现如下系统调用：

Exec，Fork，Yield，Join，Exit。

Exercise5:

编写并运行用户程序，调用练习4中所写系统调用，测试其正确性。

EX4+EX5完成情况：

首先，为了能够使得Join和Exec的系统调用，能够在父子进程之间发生联系，我们需要在thread.h中加入Thread*childThread[MaxThreadSize]，用于记录当前线程的子线程的thread指针。

这个数组在thread的构造函数中初始化，初始值均为NULL。

还需要加入Thread*fatherThread变量，用于记录当前线程的父线程（如果存在）。

同样在构造函数中进行初始化，初始赋值为自己。

1.SpaceIdExec（char*name））

1）从4号寄存器中读出名字指针，并仿照EX2中的做法，从mainmemory中获得名字。

2）新创建一个线程

3）在当前线程的childThread数组中，寻找是否还有空位，如果有，赋值给新创建的线程，标明父子关系，并且将新线程的指针号写回2号寄存器。

接着，将新创建线程的fatherThread指针赋值为currentThread。

新线程这时可以调用Fork，执行一段代码。

最后，PC前移

4）如果没有空位，输出错误信息，将PC前移。

5）Fork执行的代码：

参照progtest中，startprocess函数，先是打开这个用户程序文件，然后新创建一个地址空间，接着初始化machine，最后让machine->

run。

a）Fork之后调用的函数：

b）处理系统调用的代码：

（和之后的join+exit一起测）

2.intJoin（SpaceIdid）

1）从4号寄存器中读出要等待的子线程的OpenFile指针

2）找到自己的childThread数组中，这个OpenFile指针对应的位置

3）While循环，当这个位置不为NULL时，调用currentThread->

Yield（），等待子线程结束

4）跳出while循环后，将子线程的结束状态写入2号寄存器，PC前移

（配合Exec和Exit一起测）

3.voidExit（intstatus）

1）由于lab4虚拟内存中，需要在exit系统调用中释放page和清空tlb，因此此处继续保留这两个功能。

2）判断：

如果当前exit的线程不是主线程：

如果当前线程有父线程，将父线程中对应的自己设置为NULL（表明自己已经要退出啦！

），并且调用currentThread->

Finish（）

3）如果是主线程：

PC前移

（配合之前的Exec和Exit）

a）测试函数：

Mytest函数：

b）测试截图：

主线程此时执行完了Exec，开始执行Join系统调用。

由于在等待的子线程还未结束，于是让位CPU

由于时间片到了，此时切换到主线程

准备在新线程的新的用户空间中运行Mytest

新线程创建自己的用户空间

新Fork出来的线程（设置优先级更高，于是立即抢占）切换

主线程执行Exec系统调用

主线程调用Exit退出。

新线程执行完毕了，切换到主线程。

主线程由于上次PC没前移，于是再次调用Join。

此次成功了。

新线程执行mytest中的内容：

Create一个文件，然后Exit退出（EXIT中会释放物理页）

4.voidFork（void（*func）（））

1）从4号寄存器中读出要执行的用户函数的起始PC

2）新创建一个线程，并参照Exec中的步骤，完成父子关系的建立

3）PC前移。

4）在Fork的系统函数中，完成准备工作：

将父进程的用户空间（Pagetable）拷贝到子进程中；

将machine当前的PC值修改为1）中的PC值，NextPC值修改为1）中的PC值+4；

将修改完成的这套寄存器值存放到新