本文來源：

https://mp.weixin.qq.com/s/kPwvXMZ2cv8uQNZIsKcAjA

在上一個實驗中，你使用系統調用編寫了一些實用程序。在本實驗中，你將向xv6添加一些新的系統調用，這將幫助你了解它們是如何工作的，同時，讓你了解xv6內核的一些內部結構。在以后的實驗中你可能會添加更多的系統調用。?

在開始編碼之前，請閱讀xv6手冊的第2章、第4章的4.3節、4.4節以及下面所列相關源文件：

系統調用的用戶空間代碼：在user/user.h和user/usys.pl中。

內核空間代碼：在kernel/syscall.h和kernel/syscall.c中。

與進程相關的代碼：在kernel/proc.h和kernel/proc.c中。?

開始本實驗前，請切換到syscall分支:

? $ git fetch

? $ git checkout syscall

? $ make clean

1. 系統調用跟蹤?(難度：中等）?

任務：在xv6中添加一個系統調用跟蹤功能，該功能可幫助你在以后的實驗中調試程序。您將創建一個新的trace系統調用來控制跟蹤。它應該有一個參數，一個整數“mask”，其位指定要跟蹤的系統調用。例如，為了跟蹤fork系統調用，程序調用trace（1<<SYS_fork），其中SYS_fork是kernel/syscall.h中的syscall編號。如果在掩碼中設置了系統調用的編號，則必須修改xv6內核，以便在每個系統調用即將返回時輸出一行。該行應包含進程id、系統調用的名稱和返回值；不需要輸出系統調用參數。trace系統調用應啟用對調用它的進程及其隨后派生的任何子進程的跟蹤，但不應影響其他進程。

我們提供了一個跟蹤用戶級程序，該程序運行另一個啟用了跟蹤的程序（請參見user/trace.c）。完成后，您應該看到如下輸出：

例1: trace調用grep僅僅跟蹤read系統調用。32是1<<SYS_read。注：輸出的第一段是進程標識符PID，第二段是系統調用名稱，第三段是系統調用返回碼。

例2: trace跟蹤所有運行grep時調用的系統調用，其中2147583647的低31位都為1。

例3: 程序沒有被跟蹤，因此沒有打印跟蹤輸出。

例4：usertests中的forkforkfork測試的所有后代的fork系統調用都被跟蹤。

如果程序的行為如上所示，則你的實驗方案是正確的（盡管進程ID可能不同）。

提示：

●?將$U/_trace添加到Makefile的UPROGS中

●?運行make qemu，您將看到編譯器無法編譯user/trace.c，這是因為系統調用的用戶空間的存根（stubs）還不存在：將系統調用的原型添加到user/user.h，將存根添加到user/usys.pl中，并將syscall編號添加到kernel/syscall.h。Makefile調用perl腳本user/usys.pl，它生成user/usys.S，即實際的系統調用存根，它使用RISC-V ecall指令轉換到內核。一旦你修復了編譯問題，運行trace 32 grep hello README；它將失敗，因為您尚未在內核中實現系統調用。

●?在kernel/sysproc.c中添加一個sys_strace( )函數，通過在proc結構的新變量中記住其參數來實現新的系統調用（請參見kernel/proc.h）。從用戶空間檢索系統調用參數的函數在kernel/syscall.c中，您可以在kernel/sysproc.c中看到它們的使用示例。

●?修改fork( )（參見kernel/proc.c）將跟蹤掩碼從父進程復制到子進程。

●?修改kernel/syscall.c中的syscall( )函數以輸出跟蹤輸出。您需要添加一個syscall名稱數組來索引到其中。

實驗參考步驟

步驟1：用戶接口代碼的修改

(1) 在user/user.h中添加系統調用函數的定義。

(2) 在user/usys.pl中添加入口entry("trace")。

在make時會調用usys.pl生成user/usys.S匯編程序。在該匯編程序中，每個函數有五行，其中有三條指令，其功能是將系統調用號通過li(load?imm)存入a7寄存器，之后使用ecall指令進入內核態，最后返回。

make后user/usys.S中將出現下圖中.global trace開始的5行代碼。

步驟2：內核代碼的修改

(1)在kernel/syscall.h中定義系統調用號。

(2)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，可讀取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并調用。

(3)在proc結構體中添加一個trace_mask字段，之后在創建子進程的fork函數中復制該字段到新進程。

kernel/proc.h

kernel/proc.c

(4)系統調用sys_trace的實現。在sysproc.c中添加函數uint64 sys_trace(void)，該函數通過argint函數讀取參數賦值給mask變量，然后與trace_mask字段位或即可。

(5) 修改syscall函數，當系統調用號和trace_mask匹配時輸出相關信息。

注意上圖中的黃線處的syscall_name[num],這個需要定義。如下圖所示。

步驟3：編寫應用工具（注：源代碼中已提供）

user/trace.c

步驟4：修改Makefile,將$U/_trace添加到Makefile的UPROGS中。

步驟5：make qemu，然后測試。

2. Sysinfo (難度：中等）?

任務：增加一個sysinfo系統調用，它收集有關運行系統的信息。該系統調用有一個參數，即指向結構sysinfo的指針（參見kernel/sysinfo.h）。內核為該結構的各個字段賦值：設置freemem字段為可用內存的字節數，設置nproc字段為狀態是非UNUSED的進程數。實驗提供了一個測試程序sysinfotest，如果輸出“sysinfotest:OK”，則該任務通過。

提示：

●?將$U/_sysinfotest添加到Makefile的UPROGS中。

●?運行make qemu，user/sysinfotest.c將無法編譯。添加系統調用sysinfo，步驟與前面的trace系統調用相同。要在user/user.h中聲明sysinfo( )的原型，預先聲明struct sysinfo的存在：

struct sysinfo;

int sysinfo(struct sysinfo *);

●?修改上述編譯問題后，運行sysinfotest將會失敗，因為你尚未在內核中實現系統調用。

● sysinfo需要將struct sysinfo復制到用戶空間，請參閱sys_fstat( )(kernel/sysfile.c)和filestat( )(kernel/file.c)以獲取如何使用copyout()執行此操作的示例。

● 請在kernel/kalloc.c中添加一個函數，收集可用內存量。

●?請在kernel/proc.c中添加一個函數，收集進程數。

實驗參考步驟

步驟1：用戶接口代碼的修改

(1) 在user/user.h中聲明struct sysinfo的存在。(注：struct sysinfo在kernel/sysinfo.h中定義。

(2) 在user/user.h中添加系統調用函數的定義。

(3) 在user/usys.pl中添加入口 entry("sysinfo")。

在make時會調用usys.pl生成user/usys.S匯編程序。在該匯編程序中，每個函數有五行，其中有三條指令，其功能是將系統調用號通過li(load imm)存入a7寄存器，之后使用ecall指令進入內核態，最后返回。

make后user/usys.S中將出現下圖中.global sysinfo開始的5行代碼。

步驟2：內核代碼的修改

(1)在kernel/syscall.h中定義系統調用號。

(2)在kernel/syscall.c的syscalls函數指針數組中添加對應的函數及函數名。

(3)freemem()函數的實現。

閱讀kalloc和kfree兩個函數可知，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。（注：kalloc和kfree兩個函數在kernel/kalloc.c文件中。）

在kernel/defs.h中聲明freemem函數。

在kernel/kalloc.c中添加freemem函數。

// get free memory uint64 freemem(void) {uint64 counter = 0;struct run *r;acquire(&kmem.lock); // 上鎖r = kmem.freelist; // 空閑塊鏈表while(r){ // 遍歷空閑塊鏈表，統計空閑塊塊數r = r->next;++counter;}release(&kmem.lock); // 釋放自旋鎖return counter * PGSIZE; // 返回空閑存儲空間大小，單位字節（B） }

(4)nproc()函數的實現。

閱讀procdump和相關代碼可知，xv6的進程結構體保存在proc[NPROC]數組中。而proc->state字段保存了進程的當前狀態，有UNUSED、SLEEPING、RUNNABLE、RUNNING、ZOMBIE五種狀態。因此只需要遍歷這個數組，統計state不是UNUSED狀態的就行了。

在kernel/defs.h中聲明nproc函數。

在kernel/proc.c中添加nproc函數。

// get number of proc uint64 nproc(void) {uint64 counter = 0;struct proc *p;// 遍歷進程控制塊，即OS課程中的PCBfor(p = proc; p < &proc[NPROC]; p++) { acquire(&p->lock);if(p->state != UNUSED) {++counter;}release(&p->lock);}return counter; }

(5)系統調用sys_sysinfo的實現。在sysproc.c中添加函數uint64 sys_sysinfo(void)。該函數主要通過freemem和nproc兩個函數來統計空閑內存量和進程數。首先在kernel/proc.c中添加頭文件#include "sysinfo.h"

添加sys_sysinfo(void)系統調用代碼。

?

// get sysinfo uint64 sys_sysinfo(void) {uint64 info; // user pointerstruct 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; }

步驟3：編寫應用工具（注：源代碼中已提供了測試程序sysinfotest）

步驟4：修改Makefile,將$U/_sysinfotest添加到Makefile的UPROGS中。

步驟5：make qemu，然后測試。

? ? ? ? ?make?grade

參考資料

[1] https://pdos.csail.mit.edu/6.828/2021/labs/syscall.html

[2] https://www.cnblogs.com/YuanZiming/p/14218997.html

總結

以上是生活随笔為你收集整理的xv6实验课程--系统调用的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網站內容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。