本文记录了 Lab: system calls 的实验过程

Lab: system calls

进入 xv6-labs-2020 目录， 执行

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git fetch
git checkout syscall
make clean

System call tracing (moderate)

实验描述

实现一个 trace(int mask) 的系统调用。它的参数为 mask，mask 指定了哪些系统调用会被打印。例如，为了跟踪 fork 系统调用，程序可以调用 trace(1 << SYS_fork) （其中，SYS_fork 定义在 kernel/syscall.h 中，表示 fork 系统调用的编号）。修改 xv6 kernel 代码，使得如果某一个系统调用的编号在 mask 中对应的位为 1 时，在系统调用返回前，将该信息打印出来。每一行应该包含进程的 id，系统调用的名字以及返回值。

提示

根据 Lab 的教程，仔细阅读下面六个文件中相关的代码

  • The user-space code for systems calls is in user/user.h and user/usys.pl
  • The kernel-space code is kernel/syscall.h, kernel/syscall.c
  • The process-related code is kernel/proc.h and kernel/proc.c

然后在根据提示修改对应文件中的代码。

实验步骤

  1. 打开目录中的 Makefile 文件，在 UPROGS 中添加：$U/_trace

  2. 对 trace 进行定义。首先在 user/user.h 文件中添加 trace() 系统调用的声明

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// system calls
int trace(int);

在 user/usys.pl 中添加 trace() 的入口

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entry("trace");

在 kernel/syscall.h 中给它增加一个编号

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#define SYS_trace  22
  1. 在 kernel/sysproc.c 文件中添加函数 sys_trace()，它的功能是读取 trace() 传进来的参数 mask，然后保存到 proc 结构体（定义在 kernel/proc.h）中的新增的变量中。
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struct proc {
  ...
  // trace system call's parameter
  int mask;
};
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// kernel/sysproc.c
uint64
sys_trace(void)
{
  // the parameter of trace
  int mask;

  if(argint(0, &mask) < 0)
    return -1;

  myproc()->mask = mask;

  return 0;
}
  1. 在 fork() 函数中（定义在 kernel/proc.c），将父进程的 mask 赋给子进程。
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np->mask = p->mask;
  1. 修改 kernel/syscall.c 文件中的 syscall() 函数，打印需要输出的信息。
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...
extern uint64 sys_trace(void);

static uint64 (*syscalls[])(void) = {
...
[SYS_trace]   sys_trace,
};

// 为了打印方便，设置一个系统调用名的字符串数组
const char *syscall_name[] = {"fork", "exit", "wait", "pipe", "read", "kill", "exec",
"fstat", "chdir", "dup", "getpid", "sbrk", "sleep", "uptime", "open", "write", 
"mknod", "unlink", "link", "mkdir", "close", "trace"};

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

  num = p->trapframe->a7;
  if(num > 0 && num < NELEM(syscalls) && syscalls[num]) {
    p->trapframe->a0 = syscalls[num]();
    //process execute the system call, by mask, print system call name 
    if (p->mask & (1 << num)) {
      printf("%d: syscall %s -> %d\n", p->pid, syscall_name[num - 1], p->trapframe->a0);
    }
  } else {
    printf("%d %s: unknown sys call %d\n",
            p->pid, p->name, num);
    p->trapframe->a0 = -1;
  }
}

总结

由于 mask 没理解清楚，导致打印了很多没用的信息。比如，mask = 2 = $(10)_2$ = (1 << 1)，说明我们只需要跟踪 fork 这个系统调用（fork 系统调用的编号为 1）。mask = 32 = $(100000)_2$ = (1 << 5)，说明我们只需要跟踪 read 这个系统调用。当 mask = 2147583647 = $2^{31}-1$，即 31 个 1，所以我们跟踪所有进程。即：mask 的二进制数从左向右数（最左边为第 0 位），第 n 位为 1 时，说明我们要打印第 n 个系统调用的信息。

Sysino

实验描述

该实验需要我们实现一个 sysinfo 的系统调用，它将收集系统的信息。它接收一个指向 struct sysinfo（kernel/sysinfo.h）的指针。然后会将当前系统的剩余内存的字节数保存在字段 freemem 中，设置 nproc 为进程状态不为 UNUSED 的个数。

实验步骤

  1. 打开目录中的 Makefile 文件，在 UPROGS 中添加：$U/_sysinfo

  2. 对 sysinfo 进行定义。首先在 user/user.h 文件中添加 sysinfo 系统调用以及 sysinfo 结构体的声明

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struct sysinfo;
int sysinfo(struct sysinfo *);

在 user/usys.pl 中添加 sysinfo() 的入口

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entry("sysinfo");

在 kernel/syscall.h 中给它增加一个编号

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#define SYS_sysinfo  23
  1. 在 kernel/defs.h 声明函数的原型（将下面函数声明添加到文件中的对应位置）
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// kalloc.c
int             kgetfreemem(void);

// proc.c
int             getNproc(void);
  1. 函数的实现
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// 在 kalloc.c 文件中添加函数的实现

int
kgetfreemem(void)
{
  int count = 0;

  struct run *r = kmem.freelist;

  while (r)
  {
    count++;
    r = r->next;
  }
  return count * PGSIZE;
}
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// 在 proc.c 文件中添加函数的实现

int
getNproc(void)
{
  int cnt = 0;
  struct proc *p;

  for(p = proc; p < &proc[NPROC]; p++) {
    acquire(&p->lock);
    if(p->state != UNUSED) {
      cnt++;
    }
    release(&p->lock);
  }
  return cnt;
}
  1. 在 kernel/sysfile.c 中实现 sys_sysinfo()
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#include "sysinfo.h"

uint64
sys_sysinfo(void)
{
  uint64 si;  // user pointer to struct sysinfo

  if (argaddr(0, &si) < 0)
    return -1;

  struct proc *p = myproc();
  struct sysinfo s;

  s.freemem = kgetfreemem();
  s.nproc = getNproc();
  
  if(copyout(p->pagetable, si, (char *)&s, sizeof(s)) < 0)
    return -1;
  return 0;
}
  1. 最后在 kernel/syscall.c 文件中添加
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...
extern uint64 sys_sysinfo(void);

static uint64 (*syscalls[])(void) = {
...
[SYS_sysinfo] sys_sysinfo,
};

总结

一定要仔细阅读、理解提示中让你看的源码文件

测试

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./grade-lab-syscall trace
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./grade-lab-syscall sysinfotest
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make grade