Nachos系统调用实习报告解析Word下载.docx

1、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）Exercise1Exercise2Exercise3Exercise4Exercise5Yes具体Exercis

2、e的完成情况Exercise 1：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

3、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.s3） 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.cc4） 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

4、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。Exercise 2: 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

5、本说明。Exercise 3: 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：undefined reference * 这种情况。其次，我们需要在exception.cc中，加入系统调用入口：1. void Create（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

6、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. OpenFileId Open（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（m

7、achine-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. void Close（OpenFileId id）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

8、同。关闭文件打开文件创建文件4. int Read（char *buffer, int size, OpenFileId id）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. void Write（char *buffer

9、, int size, OpenFileId id）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）Exercise 4:实现如下系统调用：Exec，Fork，Yield，Join，Exit。Exercise 5: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：

10、 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 *childThreadMaxThreadSize，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. SpaceId Exec（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

11、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. i

12、nt Join（SpaceId id）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. void Exit（int status）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

13、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. void Fork（void （*func）（）1） 从4号寄存器中读出要执行的用户函数的起始PC2） 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