MIT6.828 HW3 System call

环境

ubuntu18.04,虚拟机用的是virtualBox。在之前的实验我用的都是本机的系统ubuntu20.04，不知道为什么编译完xv6-public后make qemu无法运行kernel。所以就换到虚拟机去了，发现18.04是可以make qemu的。

本次实验地址:HW2 system calll

正文

总体来说的话，本次实验不是特别难。官网说实验前先阅读一下chapter 1,chapter 1有部分内容没有完全理解。不过和本次实验的实现过程不是特别相关。
第一部分:System call tracing
第一个任务就是修改xv6的源码，打印出每一个每一个系统掉调用的流程。只要打印出system call的名字以及system call的返回值。输出的格式如下:

fork -> 2
exec -> 0
open -> 3
close -> 0
$write -> 1
 write -> 1

这是init forking和execing sh的输出。sh确保就打开两个file descriptor,并且sh还输出了$提示符(注意: shell的trace和system call的trace，这两者的输出是交替的，因为shell使用了write这个system call来输出内容)。。说实话没懂这段话的意思。
来完成一下这个第一部分的具体实现。提示让我们修改syscall.c中的函数syscall来实现。
思路
syscall.c里面的一个数组static int (* syscalls[])(void) = {}这个比较难懂。这个的意思是定义了一个数组叫做syscall,然后取得它的指针。这个数组里面的内容是无参数(void)，返回值为int的函数指针，主要的话还是理解一下函数指针。然后数组里面的话，这个叫做designated initializers。这个主要的用处就是可以指定直接声明数组中指定下标元素的值。比如说:

int a[6] = {[4] = 29, [2] = 15 }

等于

 int a[6] = { 0, 0, 15, 0, 29, 0 };

虽然Mit给的代码当中没有等于号，这个是因为：

An alternative syntax for this that has been obsolete since GCC 2.5 but GCC still accepts is to write ‘[index]’ before the element value, with no ‘=’.

至此，关于这个数组的基本的概念都说完了。看一下这个数组当中[SYS_fork],[SYS_exit]等里面的SYS_fork是一个宏，比如说SYS_fork=0。接下来实现题目的要求：输出系统调用的名字以及返回值
思路：
在正式实现代码之前，先稍微说一下syscall这个函数，下面代码是一个实现一个syscall的关键代码，eax寄存器保存的是需要调用的system call的下标，所以num = curproc->tf->eax;这个是获得需要调用哪个system call。然后经过一些安全检查后,使用num来从syscalls当中获得对应system call，syscalls里面都是函数指针，所以syscalls[num]()相当于直接执行函数,返回值放在eax寄存器(x86 calling convention)当中。为了获得system call的名字，我们首先需要也建一个数组，和上面的syscalls 长得有点像,它能够根据当前的系统调用的下标来获得对应的system call name，然后返回值就是curproc->tf->eax。

void syscall(void)
{
  int num;
  struct proc *curproc = myproc();

  num = curproc->tf->eax;
  if (num > 0 && num < NELEM(syscalls) && syscalls[num])
  {
    curproc->tf->eax = syscalls[num]();
  }
  else
  {
    cprintf("%d %s: unknown sys call %d\n",
            curproc->pid, curproc->name, num);
    curproc->tf->eax = -1;
  }
}

实现:

static char *syacall_name[] = {
    [SYS_fork] = "fork",
    [SYS_exit] = "exit",
    [SYS_wait] = "wait",
    [SYS_pipe] = "pipe",
    [SYS_read] = "read",
    [SYS_kill] = "kill",
    [SYS_exec] = "exec",
    [SYS_fstat] = "fstat",
    [SYS_chdir] = "chdir",
    [SYS_dup] = "dup",
    [SYS_getpid] = "getpid",
    [SYS_sbrk] = "sbrk",
    [SYS_sleep] = "sleep",
    [SYS_uptime] = "uptime",
    [SYS_open] = "open",
    [SYS_write] = "write",
    [SYS_mknod] = "mknod",
    [SYS_unlink] = "unlink",
    [SYS_link] = "link",
    [SYS_mkdir] = "mkdir",
    [SYS_close] = "close",
    [SYS_date] = "date",
};
void syscall(void)
{
  int num;
  struct proc *curproc = myproc();

  num = curproc->tf->eax; //system call的下标
  if (num > 0 && num < NELEM(syscalls) && syscalls[num])
  {
    curproc->tf->eax = syscalls[num](); //返回值
    cprintf("%s->%d\n",syacall_name[num],curproc->tf->eax);
  }
  else
  {
    cprintf("%d %s: unknown sys call %d\n",
            curproc->pid, curproc->name, num);
    curproc->tf->eax = -1;
  }
}

结合上面的以及我的具体实现，应该可以理解这个问题的思路。下面的是我的实验结果截图。

结果

第二部分:Date system call
本实验的第二部分是为xv6添加一个新的系统调。新增加一个获得当前时间的系统调用。利用cmostime（）(defined in lapic.c)可以来获得当前的时间。data.h包含了一个结构体struct rtdate，它将作为参数传给cmostime()。
你应该新建一个user-level program来调用你新创建的系统调用。用mit给出的示例代码就行。为了使得新添加的system call能够被xv6使用，应该在Makefile中的UPROGS加上_data(具体我没理解，就是照着他的意思去做的，没有认真去观察Makefile中所有的语句)。**实现新的系统调用应该模仿现有的系统的调用的方式，比如说uptime这个system call.通过命令grep -n uptime *.[chS]命令来查看。
下面是我的输出结果：

grep的输出结果

可以看到我们如果需要新增加一个system call就需要在这些文件中写入和我们system call 有关的内容。上面那个//[SYS_uptime] = "uptime"是完成第一部分实验留下的注释，和本题无关。system call具体的函数实现是在sysproc.c这个文件的当中的，chapter 1暂时还没有详细的说system call的执行过程，所以我们此时只需要关注如何去实现新增加一个系统调用，而不是system call的执行流程。
为了减少空间，我就把所有的放在一起:

//date.c
int main(int argc, char *argv[])
{
    struct rtcdate r;

    if (date(&r))
    {
        printf(2, "date failed\n");
        exit();
    }

    // your code to print the time in any format you like...
   
  //standard output 的file descriptor 是1,所以第一个参数是1 
   printf(1,"%d-%d-%d %d:%d:%d\n",r.year,r.month,r.day,r.hour,r.minute,r.second);
    exit();
}
//syscall.c
//syscall.c的这个数组中加入sys_date
static int (*syscalls[])(void) = {
    .....
    [SYS_date] sys_date,
};

//syscall.c
extern int sys_date(void);

//sysproc.c
int
sys_date(void) 
{
    struct rtcdate *r;
    if(argptr(0, (void*)&r, sizeof(*r)) < 0)
        return -1;
  cmostime(r); //这个函数获得了具体的时间
    return 0;
}

//user.h
//在user.h加入一个这样的函数声明
int date(struct rtcdate* r);

//usys.S
SYSCALL(date)

challenge暂时没做。其他的话应该本次作业是不难的，下面是我的输出结果，别忘了要把新的date.c加到Makefile中去。时间差8小时（此时的北京时间是19.28分），是因为我们的时区是东八区。不过问题不大，到此我们就知道了如何往xv6加入新的system call了。具体关于system call的执行流程，应该在chapter 3会学习到.

date system call