上机实践报告Project2.docx
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上机实践报告Project2
操作系统实践报告
课程名称：
操作系统实践
年级：
12
上机实践成绩：
指导教师：
全红艳
姓名：
修阳
上机实践名称：
PintosProject2
学号：
10122510325
上机实践日期：
上机实践编号：
No.4
组号：
上机实践时间：
一、目的
1）了解Pintos的现有用户程序处理的功能
2）了解Pintos提供的用户程序处理源代码
3）完善Pintos的用户程序处理的功能
二、内容与设计思想
1、掌握Pintos的磁盘申请、复制等功能
2、明确Pintos的用户程序处理中存在的问题
3、具体完成以下功能
（a）进程终止时输出信息
（b）参数功能
（c）系统调用功能
（d）禁止对可执行文件的写入功能
4、撰写实验报告及项目说明
三、使用环境
Ubuntu12，Pinos，Geany，C语言
四、实验过程与分析、调试过程
１、创建虚拟磁盘
在命令行输入pintos/src/userprog，进行make—>build，然后输入创建磁盘及对其进行分区的指令,初始化磁盘后复制，将可执行文件elf装入disk
pintos-mkdiskfilesys.dsk 2
pintos-f–q
pintos-p../../examples/echo-aecho---q
pintos-qrun'echox'
2.Pintos的用户程序处理中存在的问题
当系统需要执行一个文件时，就必须先对执行过程的需要的参数进行传递。
比如用哪种模式运行，需要用到的文件名称与路径是什么。
用一个数组来进行存储，并且把名字和参数分开处理。
传递参数时，把堆栈里的参数地址存放在一个新的数组里，以备后用。
然后执行字对齐，分别把参数地址、参数的个数、返回地址压栈。
系统调用是由系统提供的一组完成底层操作的函数集合，由用户程序通过中断调用，系统根据中断向量表和中断服务号确定函数调用，调用相应的函数完成相应的服务。
此外还有没有内部同步，并行的访问会互相影响，需要用到同步来保证同一时间只有一个进程能访问文件系统代码。
一个文件系统被用了多次后会产生大量外部碎片。
当操作系统准备运行某一个程序，而这个程序在磁盘上保存的程序代码被修改，则操作系统在运行是，可能会出现异常结果等问题
五、实验总结
对于这么大而复杂的工程，着实无从下手，难度太大，需要修改的文档和函数非常多基本都是借鉴参考，还是有大量问题没有解决，自己的代码编写能力必须加强，通过不断学习改进提高动手能力，争取以后自己完成项目
项目2文档
10122510325
修阳
1．需求分析（Pintos中存在的问题）
使得程序能够通过系统调用来与操作系统交互。
当用户程序想要用一些内核的功能时，需要用到系统调用。
现在只是实现了输出一段消息并且终止用户程序，需要更改代码来实现系统调用所需要的一切。
2．改进的思想及流程
a）进程终止消息
b）参数传递
c）系统调用
d）实现禁止对可执行文件进行读写
3.实现方法（代码及说明）
a）进程终止消息
int
process_wait（tid_tchild_tid）
{
structthread*t;
t=get_thread（child_tid）;//t通过child_tid拿到子线程的所有信息
if（t==NULL||t->is_dead==true||t->is_waited==true）//如果t是空的，或者t是死亡了的，或者t在被它的父线程等待
return-1;//和原来一样，返回
sema_down（&t->sema）;//改变t的信号量
t->is_waited=true;//t正在被它的父线程等待着
returnt->exit_status;//返回当前t的退出状态
}
//***************************ADDEND
void
process_exit（void）
{
structthread*cur=thread_current（）;
uint32_t*pd;
//***************************ADD
/*Semauptheparentthread.*/
printf（"%s:
exit（%d）\n",thread_current（）->name,thread_current（）->exit_status）;//打印当前线程的名字和退出状态
sema_up（&cur->sema）;//修改当前线程的信号量
/*Destroythecurrentprocess'spagedirectoryandswitchback
tothekernel-onlypagedirectory.*/
pd=cur->pagedir;
if（pd!
=NULL）
{
/*Correctorderinghereiscrucial.Wemustset
cur->pagedirtoNULLbeforeswitchingpagedirectories,
sothatatimerinterruptcan'tswitchbacktothe
processpagedirectory.Wemustactivatethebasepage
directorybeforedestroyingtheprocess'spage
directory,orouractivepagedirectorywillbeone
that'sbeenfreed（andcleared）.*/
cur->pagedir=NULL;
pagedir_activate（NULL）;
pagedir_destroy（pd）;
}
}
b）参数传递
/*Athreadfunctionthatloadsauserprocessandstartsit
running.*/
staticvoid
start_process（void*file_name_）
{
char*file_name=file_name_;
structintr_frameif_;
boolsuccess;
//***************************ADD
intn;//后面循环中会用到的，只是一个控制循环的参数。
char*token,*save_ptr;//*token指向参数*save_ptr指向指针
char*argv[50],**arg_addr_in_stack[50];
//分别定义了两个最大是50的数组，也就是说参数的个数最多是50个
intargc=0;//参数个数
//Splitupthefilename分解文件名
for（token=strtok_r（file_name_,"",&save_ptr）;token!
=NULL;
token=strtok_r（NULL,"",&save_ptr））
//strtok_r（）字符串解析，一直解析到token==NULL即最后一个
{
argv[argc]=token;//把解析出来的token赋给argv[]
argc++;
}
//***************************ADDEND
/*Initializeinterruptframeandloadexecutable.*/
memset（&if_,0,sizeofif_）;
if_.gs=if_.fs=if_.es=if_.ds=if_.ss=SEL_UDSEG;
if_.cs=SEL_UCSEG;
if_.eflags=FLAG_IF|FLAG_MBS;
success=load（argv[0],&if_.eip,&if_.esp）;
//***************************ADD
//passargument参数传递
//Ifloadsuccessed如果存储成功了的话
if（success）
{
//Pushargumentintostack把参数压入堆栈
n=argc-1;
//因为前面的for循环中在退出循环之前又执行了一次argc++
//减1表示argv[]的有效长度
while（n>=0）//从参数数组最后一个进行循环
{
if_.esp=if_.esp-strlen（argv[n]）-1;//栈顶指针向前移动，里留出足够的空间给argv[n]
memcpy（if_.esp,argv[n],strlen（argv[n]））;
//memcpy（）字符串的拷贝。
//把argv[n]的值拷贝到if_.esp里，长度是strlen（argv[n]）
arg_addr_in_stack[n]=（char**）if_.esp;
//把堆栈的位置赋值给参数地址
n--;
}
//Wordalign字对齐，四位一对齐
intoffset=（int）if_.esp%4;//先算出要多少个offset
if（offset!
=0）
{
if（offset<0）
offset=offset+4;//offset转换成正整数
if_.esp=if_.esp-offset;//栈顶指针向前移动offset位
}
//将参数传递到寄存器中,因为我们的地址是int类型的，而且地址是向下增长的，所以每次在内存中传地址的时候，我们的esp的指针必须每次向下移动4个字节，将argv中的内容根据argc的大小进行传递
//foranullargument
if_.esp=if_.esp-4;//栈顶指针向前移动，留一个位置给空参数
//Pushtheargumentaddressinstackintothestack参数地址入栈
n=argc-1;//根据前一个while循环可知，此时n=0。
//为了再一次进行压栈操作，所以要再赋一次值。
while（n>=0）
{
if_.esp=if_.esp-4;//栈顶指针向前移动四位
*（void**）if_.esp=（char**）arg_addr_in_stack[n];
//arg_addr_in_stack[n]=（char**）if_.esp;
//把之前赋给参数地址数组的值赋给现在的栈顶指针
//注意类型的不同
n--;//由后向前寻找参数地址
}
if_.esp=if_.esp-4;//栈顶指针向前移动出一个空位
*（void**）if_.esp=（char**）if_.esp+1;
//然后+1赋给*（void**）if_.esp
//Pushthenumberoftheargumentsintostack把参数个数压栈
if_.esp=if_.esp-4;//栈顶指针向前移动出一个空位
*（int*）if_.esp=argc;//把个数赋给*（int*）if_.esp
//Pushreturnaddressintostack.返回地址入栈
if_.esp=if_.esp-4;//栈顶指针向前移动出一个空位
*（void**）if_.esp=if_.esp;
//当前的返回地址赋给*（void**）if_.esp
}
//***************************ADDEND
/*Ifloadfailed,quit.*/
palloc_free_page（file_name）;
if（!
success）
{
thread_current（）->is_dead=true;
thread_current（）->exit_status=-1;
thread_exit（）;
}
/*Starttheuserprocessbysimulatingareturnfroman
interrupt,implementedbyintr_exit（in
threads/intr-stubs.S）.Becauseintr_exittakesallofits
argumentsonthestackintheformofa`structintr_frame',
wejustpointthestackpointer（%esp）toourstackframe
andjumptoit.*/
asmvolatile（"movl%0,%%esp;jmpintr_exit":
:
"g"（&if_）:
"memory"）;
NOT_REACHED（）;
}
c）系统调用
intwrite（intfd,constchar*buffer,unsignedintsize）;
voidexit（intstatus）;
voidhalt（）;
intexec（constchar*cmd_line）;
intwait（intpid）;
boolcreate（constchar*file,unsignedintinitial_size）;
intopen（constchar*file）;
intread（intfd,void*buffer,unsignedintsize）;
intfilesize（intfd）;
boolremove（constchar*file）;
voidseek（intfd,unsignedintposition）;
unsignedinttell（intfd）;
voidclose（intfd）;
添加的数据结构（共8个）：
>>intexit_status//用于记录线程的退出状态
>>structsemaphoresema//线程的信号量
>>intnum_file_open//记录正在运行中的线程的数量
>>intopen_file[128]//用于记录线程所开启的文件的编号，这里因为是FAQ
>>//假定一个线程最多可以开启128个文件
>>tid_tparent_tid//用于记录当前线程的父线程的tid
>>boolis_waited//用一个布尔量记录当前线程是否正在被他的父线程等待中
>>boolis_dead//用于判别当前线程是否被杀死（beenkilled）
>>
>>该函数实现通过线程的tid可返回该线程：
>>structthread*get_thread（tid_ttid）
>>
>>该函数用于检查Thefunctiontotocheckwhetherthepointerisallright:
>>booladdr_is_right（void*addr）//用于检查该指针指向的地址是否合法
>>
>>structfile_fd//实现了文件的fd可以成功映射到该文件
>>{
>>intfd;//记录file的fd的值
>>structfile*fp;//记录指向文件的指针
>>structlist_elemelem;//用于list
>>};
>>用一个list来存储file_fd:
>>structlistfile_fd_list
以下是详细代码及分析：
#include"userprog/syscall.h"
#include"userprog/process.h"
#include"userprog/pagedir.h"
#include
#include
#include"threads/interrupt.h"
#include"threads/thread.h"
#include"threads/init.h"
#include"threads/vaddr.h"
#include"lib/kernel/stdio.h"
#include"filesys/filesys.h"
#include"filesys/file.h"
#include"devices/input.h"
staticvoidsyscall_handler（structintr_frame*）;//用于控制整个系统调用过程
structfile_fd//实现了文件的fd可以成功映射到该文件
{
intfd;//记录file的fd的值
structfile*fp;//记录指向文件的指针
structlist_elemelem;//用于list
};
structlistfile_fd_list;//用来存储file_fd
intwrite（intfd,constchar*buffer,unsignedintsize）;//向一个文件中写入
voidexit（intstatus）;//终止当前process
voidhalt（）;//停止当前操作系统运行
intexec（constchar*cmd_line）;//开始另一个process
intwait（intpid）;//等待一个子进程的死亡
boolcreate（constchar*file,unsignedintinitial_size）;
//创建一个file
intopen（constchar*file）;//打开一个文件
intread（intfd,void*buffer,unsignedintsize）;//从一个文件中读
intfilesize（intfd）;//获取一个文件的大小
boolremove（constchar*file）;//删除一个文件
voidseek（intfd,unsignedintposition）;//改变在文件中的位置
unsignedinttell（intfd）;//报告在文件中的当前位置
voidclose（intfd）;//关闭文件
booladdr_is_right（void*addr）;//检查地址是否合法
//系统调用初始化
void
syscall_init（void）
{
intr_register_int（0x30,3,INTR_ON,syscall_handler,"syscall"）;
list_init（&file_fd_list）;
}
//该函数查看当前是哪一个syscall，然后调用相应的系统调用函数
staticvoid
syscall_handler（structintr_frame*fUNUSED）//读取出中断帧
{//系统调用可能会从用户内存中读取或写入函数，
//所以在每调用一个函数之前都要先检验堆栈顶指针指向的
//地址值是否合法。
if（!
addr_is_right（f->esp））//指向栈顶的指针
exit（-1）;//如果不合法则调用exit（）函数来退出。
intsyscall=*（int*）（f->esp）;
//如果地址合法才进行执行系统调用。
if（syscall==SYS_WRITE）
//根据用户不同的调用号，进行不同的系统调用。
{
if（addr_is_right（f->esp+4）&&addr_is_right（f->esp+8）&&addr_is_right（f->esp+12））
//检查这三个地址空间值是否合法
{
intfd=*（int*）（f->esp+4）;
constchar*buffer=（char*）*（unsignedint*）（f->esp+8）;
unsignedintsize=*（unsignedint*）（f->esp+12）;
f->eax=write（fd,buffer,size）;
}
else
exit（-1）;
}
if（syscall==SYS_EXIT）
{
if（addr_is_right（f->esp+4））
{
intstatus=*（int*）（f->esp+4）;
exit（status）;
}
else
exit（-1）;
}
if（syscall==SYS_HALT）
halt（）;
if（syscall==SYS_EXEC）
{
if（addr_is_right（f->esp+4））
{
constchar*cmd_line=（char*）*（unsignedint*）（f->esp+4）;
f->eax=exec（cmd_line）;
}
else
exit（-1）;
}
if（syscall==SYS_WAIT）
{
if（addr_is_right（f->esp+4））
{
intpid=*（int*）（f->esp+4）;
f->eax=wait（pid）;
}
else
exit（-1）;
}
if（syscall==SYS_CREATE）
{
if（addr_is_right（f->esp+4）&&addr_is_right（f->esp+8））
{
constchar*file=（char*）*（unsignedint*）（f->esp+4）;
unsignedintsize=*（unsignedint*）（f->esp+8）;
f->eax=create（file,size）;
}
else
exit（-1）
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