XV6學習（2）Lab syscall

實驗的代碼放在了Github上。

第二個實驗是Lab: system calls。
這個實驗主要就是自己實現幾個簡單的系統調用並添加到XV6中。

XV6系統調用

添加系統調用主要有以下幾步：

在user/user.h中添加系統調用函數的定義。

在user/usys.pl中添加入口，這個文件將會在make后生成user/usys.S文件，在該匯編文件中，每個函數就只有三行，將系統調用號通過li(load imm)存入a7寄存器，之后使用ecall進入內核態，最后返回。

fork:
 li a7, SYS_fork
 ecall
 ret

在kernel/syscall.h中定義系統調用號。

在kernel/syscall.c的syscalls函數指針數組中添加對應的函數。在syscall函數中，先讀取trapframe->a7獲取系統調用號，之后根據該系統調用號查找syscalls數組中的對應的處理函數並調用。

System call tracing (moderate)

先在proc結構體中添加一個trace_mask字段，之后在fork函數中復制該字段到新進程。

在系統調用sys_trace中就只要通過argint函數讀取參數，然后設置給trace_mask字段就行了。

最后修改syscall，當系統調用號和trace_mask匹配時就打印相關信息。

// proc.h
struct proc {
  ...
  // this is for sys_trace()
  uint trace_mask;
};

// proc.c
int
fork(void)	fork(void)
{
  ...
  // copy trace mask
  np->trace_mask = p->trace_mask;
  ...
}

// sysproc.c
uint64
sys_trace(void)
{
  uint mask;
  if(argint(0, (int*)&mask) < 0)
    return -1;
  struct proc *p = myproc();
  p->trace_mask |= mask;
  return 0;
}

// syscall.c
void
syscall(void)
{
  int num;
  struct proc *p = myproc();

  num = p->trapframe->a7;
  if(num > 0 && num < NELEM(syscalls) && syscalls[num]) {
    uint64 ret = syscalls[num]();
    p->trapframe->a0 = ret;
    if((1 << num) & p->trace_mask) {
      printf("%d: syscall %s -> %d\n", p->pid, syscall_name[num], ret);
    }
  } else {
    printf("%d %s: unknown sys call %d\n",
            p->pid, p->name, num);
    p->trapframe->a0 = -1;
  }
}

Sysinfo (moderate)

這一個系統調用主要就是要實現freemem和nproc兩個函數來統計內存和進程。

// sysproc.c
uint64
sys_sysinfo(void)
{
  uint64 info; // user pointer
  struct sysinfo kinfo;
  struct proc *p = myproc();
  if(argaddr(0, &info) < 0){
    return -1;
  }
  kinfo.freemem = freemem();
  kinfo.nproc = nproc();
  if(copyout(p->pagetable, info, (char*)&kinfo, sizeof(kinfo)) < 0){
    return -1;
  }
  return 0;
}

閱讀kalloc和kfree兩個函數就可以知道，kmem.freelist是一個保存了當前空閑內存塊的鏈表，因此只需要統計這個鏈表的長度再乘以PGSIZE就可以得到空閑內存。

// kalloc.c
uint64
freemem(void)
{
  uint64 counter = 0;
  struct run *r;
  acquire(&kmem.lock);
  r = kmem.freelist;
  while(r){
    r = r->next;
    ++counter;
  }
  release(&kmem.lock);
  return counter * PGSIZE;
}

閱讀procdump和相關代碼就可以知道，XV6的進程結構體保存在proc[NPROC]數組當中。而proc->state字段保存了PCB的當前狀態，有UNUSED、SLEEPING、RUNNABLE、RUNNING、ZOMBIE五種狀態。因此只需要遍歷這個數組，然后統計state不是UNUSED狀態的就行了。

// proc.c
uint64
nproc(void)
{
  uint64 counter = 0;
  struct proc *p;

  for(p = proc; p < &proc[NPROC]; p++) {
    acquire(&p->lock);
    if(p->state != UNUSED) {
      ++counter;
    }
    release(&p->lock);
  }
  return counter;
}