nachosLab实习报告文档格式.docx
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3种系统调用涉及地址空间:
1）、voidExit（intstatus）;
用户程序完成,status=0表示正常退出
2）、SpaceIdExec（char*name）;
加载并执行名字就是name得Nachos可执行文件,返回其地址空间得标志符
SpaceId实际就是整型,标识地址空间
3）、intJoin（SpaceIdid）;
等待标志符为id得用户线程运行完毕,返回其退出状态
5种系统调用涉及文件系统:
1）、voidCreate（char*name）;
创建文件名name得Nachos文件
2）、OpenFileIdOpen（char*name）;
3）打开文件名name得Nachos文件,返回打开文件标志符
OpenFileId实际就是整形,标识打开文件
3）、voidWrite（char*buffer,intsize,OpenFileIdid）;
向标志符就是id得文件写入buffer中长度为size字节得数据
4）、intRead（char*buffer,intsize,OpenFileIdid）;
从标志符就是id得文件读取长度为size字节得数据存入buffer,返回实际读取得字节数
5）、voidClose（OpenFileIdid）;
关闭标志符就是id得文件
2种系统调用涉及用户级线程,用于支持多线程用户程序:
1）、voidFork（void（*func）（））;
创建与当前线程拥有相同地址空间得线程,运行func指针指向得函数
2）、voidYield（）;
当前线程让出CPU
code/userprog/exception、cc定义进行异常处理得ExceptionHandler函数,主要流程就是根据异常信息处理不同异常,包括系统调用
目前支持得异常:
NoException,//正常
SyscallException,//系统调用
PageFaultException,//缺页（页表/快表）
ReadOnlyException,//访问只读页面
BusErrorException,//总线错误
AddressErrorException,//访问地址对齐错误/超出范围
OverflowException,//算数溢出
IllegalInstrException,//非法指令
NumExceptionTypes
处理系统调用时,需要从2号寄存器获得系统调用号确定系统调用类型
code/test/start、s就是辅助用户程序运行得汇编代码,主要包括初始化用户程序与系统调用相关操作
（1）初始化用户程序:
通过调用main函数运行用户程序
、globl__start
、ent__start
__start:
jalmain//跳转到main函数执行用户程序
move$4,$0//main函数返回
//r4寄存器存入0,作为下面调用Exit参数
jalExit
、end__start
（2）系统调用:
用户程序执行系统调用时,将系统调用号存入r2寄存器,然后跳转到exception、cc执行,例如系统调用Halt:
Halt:
addiu$2,$0,SC_Halt//将系统调用号存入r2寄存器
syscall
j$31
、endHalt
系统调用相关寄存器:
r2->
系统调用号,系统调用返回值
r4->
系统调用参数1
r5->
系统调用参数2
r6->
系统调用参数3
r7->
系统调用参数4
系统调用主要流程:
machine得Run函数运行用户程序,实现在machine/mipssim、cc,基本流程就是通过OneInstruction函数完成指令译码与执行,通过interrupt得OneTick函数使得时钟前进
（1）OneInstruction函数判断当前指令就是系统调用,转入start、s
（2）通过start、s确定系统调用入口,通过寄存器r2传递系统调用号,转入exception、cc（此时系统调用参数位于相应寄存器）
（3）exception、cc通过系统调用号识别系统调用,进行相关处理,如果系统调用存在返回值,那么通过寄存器r2传递,流程结束时,需要更新PC
（4）系统调用结束,程序继续执行
添加系统调用:
（1）syscall、h定义系统调用接口、系统调用号
（2）code/test/start、s添加链接代码
（3）exception、cc添加系统调用处理过程
二、文件系统相关得系统调用
Exercise2系统调用实现
类比Halt得实现,完成与文件系统相关得系统调用:
Create,Open,Close,Write,Read。
Syscall、h文件中有这些系统调用基本说明。
基本思路:
修改userprog/exception、cc,按照userprog/syscall、h得定义实现系统调用
系统调用Create定义
voidCreate（char*name）;
系统调用Create基本流程
（1）通过寄存器r4获得文件名指针
（2）使用文件名指针通过已经实现ReadMem函数获得文件名
（3）通过已经实现得Create函数创建文件
（4）通过函数PC_advance更新PC
系统调用Open定义
OpenFileIdOpen（char*name）;
系统调用Open基本流程
（3）通过已经实现得Open函数打开文件
（4）返回值（打开文件数据结构）写入寄存器r2
（5）通过函数PC_advance更新PC
系统调用Close定义
voidClose（OpenFileIdid）;
系统调用Close基本流程
（1）通过寄存器r4获得打开文件数据结构
（2）通过打开文件数据结构析构函数关闭文件
（3）通过函数PC_advance更新PC
系统调用Read定义
intRead（char*buffer,intsize,OpenFileIdid）;
系统调用Read基本流程
（1）通过寄存器r4获得缓冲区指针,通过寄存器r5获得数据长度,通过寄存器r6获得打开文件数据结构
（2）通过已经实现得Read函数读取文件相关内容,记录实际读出字节数
（3）通过已经实现得WriteMem函数将文件内容写入缓冲区
（4）返回值（实际读出字节数）写入寄存器r2
系统调用Write定义
voidWrite（char*buffer,intsize,OpenFileIdid）;
系统调用Write基本流程
（2）通过已经实现得ReadMem函数获得缓冲区数据
（3）通过已经实现得Write函数将缓冲区内容写入文件
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,测试其正确性。
用户程序基本思路
创建文件write、txt（系统调用Create）
打开文件read、txt（已经存在,内容hello_world）（系统调用Open）
打开文件write、txt（系统调用Open）
读入文件read、txt内容,记录读入字节数（系统调用Read）
内容写入文件write、txt（系统调用Write）
关闭文件read、txt（系统调用Close）
关闭文件write、txt（系统调用Close）
用户程序得添加
修改test/MakeFile
all:
haltshellmatmultsorttest1
test1、o:
test1、c
$（CC）$（CFLAGS）-ctest1、c
test1:
test1、ostart、o
$（LD）$（LDFLAGS）start、otest1、o-otest1、coff
、、/bin/coff2nofftest1、cofftest1
用户程序得执行
检查userprog文件夹,出现文件write、txt
可以发现,相关内容顺利写入,符合实际
三、执行用户程序相关得系统调用
Exercise4系统调用实现
实现如下系统调用:
Exec,Fork,Yield,Join,Exit。
系统调用Exec定义
SpaceIdExec（char*name）;
系统调用Exec基本流程
（2）建立线程,通过函数exec_func执行用户程序
（3）返回值（线程ID）写入寄存器r2
函数exec_func基本流程
（1）使用文件名指针通过已经实现ReadMem函数获得文件名
（2）通过已经实现得Open函数打开文件
（3）通过已经实现得AddrSpace得构造函数初始化地址空间
（4）通过已经实现得InitRegisters函数初始化寄存器
（5）通过已经实现得RestoreState函数装载页表
（6）通过已经实现得Run函数运行用户程序
重要部分可以仿照StartProcess函数实现
系统调用Fork定义
voidFork（void（*func）（））;
系统调用Fork基本流程
（1）通过寄存器r4获得函数位置
（2）复制当前进程地址空间
注意到AddrSpace得构造函数需要打开文件作为输入,所以增加线程属性,记录当前线程对应打开文件得名称,实现Fork函数时,需要逐页复制页表内容
（3）建立线程,执行函数fork_func
函数Fork_func基本流程
（1）设置当前线程地址空间
（2）通过已经实现得InitRegisters函数初始化寄存器
（3）通过已经实现得RestoreState函数装载页表
（4）设置当前线程PC
（5）通过已经实现得Run函数运行用户程序
系统调用Yield定义
voidYield（）;
系统调用Yield基本流程
（1）通过函数PC_advance更新PC
（2）通过已经实现得Yield函数实现线程切换
这里需要先更新PC,否则陷入死循环
系统调用Join定义
intJoin（SpaceIdid）;
系统调用Join基本流程
（1）通过寄存器r4获得线程ID
（2）检查全局数组ThreadID,确定特定线程就是否处于活跃状态,如果特定线程处于活跃状态,那么进行线程切换
根据前面已经实现得机制,线程构造函数会分配线程ID,线程析构函数会回收线程ID,所以能够通过线程ID确定特定线程就是否处于活跃状态
系统调用Exit定义
voidExit（intstatus）
系统调用Exit基本流程
（1）通过寄存器r4获得退出状态,输出相关信息
（2）通过已经实现得clear函数释放页表相关空间
（4）通过已经实现得Finish函数结束当前线程
Exercise5编写用户程序
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。
用户程序1基本思路
（1）通过系统调用Exec执行特定文件
（2）通过系统调用Yield进行线程切换
涉及系统调用:
Exec、Yield、Exit
#include"
syscall、h"
intmain（）
{
Exec（"
halt"
）;
Yield（）;
}
用户程序1执行结果
（1）主线程分配空间,开始执行
（2）执行系统调用Exec,建立新线程,准备执行halt
（3）执行系统调用Yield,主线程进行线程切换
（4）新线程分配地址空间,开始执行
（5）新线程执行完成,执行系统调用Exit,释放地址空间,输出相关信息
（6）主线程执行完成,执行系统调用Exit,释放地址空间,输出相关信息
结果如下,符合实际
用户程序2基本思路
（2）通过系统调用Join等待新线程结束
Exec、Join、Exit
intid=Exec（"
Join（id）;
用户程序2执行结果
（3）执行系统调用Join,新线程没有结束,主线程进行线程切换
用户程序3基本思路
（1）通过系统调用Fork建立新线程
（2）新线程执行相关操作
Fork、Exit
voidfunc（）
Create（"
test1、txt"
test2、txt"
Fork（func）;
用户程序3执行结果
文件test1、txt,test2、txt顺利创建,符合实际
内容三:
遇到得困难以及解决方法
困难:
Fork系统调用得实现
Fork系统调用需要对页面进行深度复制,可以模仿AddrSpace构造函数得思路,逐字节复制相关页面。
我们可以发现,Fork得效率就是比较低得,所以linux引入系统调用vfork与create解决这样得问题。
fork创造得子进程复制了父亲进程得所有资源,包括内存资源与task_struct内容。
vfork创造得子进程不就是真正意义上得进程,而就是线程,因为父进程与子进程共享内存资源,子进程缺少独立得内存资源,clone创造得子进程可以有选择性得继承父进程得资源。
内容四:
收获及感想
实习课程与理论课程相得益彰。
通过本次实习,我强化了对系统调用相关知识得理解,锻炼了编程能力。
经过本学期得学习,感觉对nachos系统有了初步得了解,对课程有了相当得兴趣,期待在以后得学习中能够更多得进行操作系统得相关实践
内容五:
对课程得意见与建议
我觉得课程形式好,互动强,使我受益匪浅。
助教认真负责,知识充分,为课程付出很多,助教辛苦了:
-D
内容六:
参考文献
[1]操作系统课件运行环境与运行机制
[2]nachos中文教程
[3]
Nachos3、4Lab2文件机制实习报告系统调用
[4]
Nachos系统调用实习报告
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