pintospro2項目2用戶程序

1、實用標準文檔Pintos project2作者：西安電子科技大學王永剛QQ:357543420這個項目將使pintos可以加載并執(zhí)行用戶程序，并且為用戶程序提供系統(tǒng)調(diào)用。Project2需要完成的的任務(wù)有四個：Task1Process Termination Messages進程終止信息Task2 Argument Passing參數(shù)傳遞Task3 System Calls系統(tǒng)調(diào)用Task4 Denying Writes to Executables不能寫入可執(zhí)行文件Task1: Process Termination Messages進程終止信息要求：1. 在進程結(jié)束時輸出退出代碼 ( 就是

2、 main 函數(shù)的返回值，或者異常退出代碼。注意： 用戶進程結(jié)束時輸入退出代碼， 核心線程返回時不輸入。輸出格式被規(guī)定如下：printf (“%s: exit(%d)n”,.);實現(xiàn)方法：1. 既然要打印返回值，就得用一個變量保存返回值，于是在 struct thread 結(jié)構(gòu)中加入一個變量回保存返回值： int ret;文案大全實用標準文檔在 init_thread() 函數(shù)中初始化為 （0這里可以不用初始化） 。2. 在線程退出里要保存其返回值到 ret 中，這個將在系統(tǒng)調(diào)用里的 exit 函數(shù)中保存，這里先不考慮。在什么地方加入 printf() 呢？每個線程結(jié)束后， 都要調(diào)用 thre

3、ad_exit() 函數(shù)，如果是加載了 用 戶 進 程 ， 在thread_exit()函 數(shù) 中 還 會 調(diào) 用process_exit()函數(shù)， 在 process_exit()函數(shù)中，如果是用戶進程，那么其頁表一定不為NULL,而核心進程頁表一定為NULL,即只有用戶進程退出時if(pd!=NULL) 就會成立，所以在大括號中加入 :printf (“ %s: exit(%d)n”,cur-name,cur-ret);其中cur=thread_current();即當前線程的struct thread指針。TASK1 OKTASK2Argument Passing參數(shù)傳遞要求：1. 分離

4、從命令行傳入的文件名和各個參數(shù)。2. 按照 C函數(shù)調(diào)用約定，把參數(shù)放入棧中。實現(xiàn)方法：文案大全實用標準文檔1. 分離參數(shù)的方法 : 用 string.h中的 strtok_r()函數(shù)，在 string.c中有詳細的說明。2. 在 process_execute() 函數(shù)中，因為 thread_create() 需要一個線程名，此時應(yīng)該傳遞給它文件名 ( 不帶參數(shù) ) ?？扇缦绿幚恚篶har *real_name, *save_ptr;real_name = strtok_r (file_name, , &save_ptr);tid = thread_create (real_name, PRI

5、_DEFAULT,start_process, fn_copy);（ 3）在 start_process() 函數(shù)中，再次分離參數(shù)，放入棧中。由于在 process_execute() 對 file_name 作了復(fù)制，文件名并未丟失，但是要注意，無論加載用戶程序成功還是失敗，都得釋放file_name所占用的一個頁的空間(Debug here 3 weeks)。 注意：傳給 Load()函數(shù)的參數(shù)也只能有文件名， 所以在 load() 函數(shù)前要分離出文件名：char *token=NULL, *save_ptr=NULL;token = strtok_r (file_name, , &sav

6、e_ptr);success = load (token, &if_.eip, &if_.esp);參數(shù)放置的一種方法：（1）找到用戶棧指針 :在 start_process()函數(shù)中有 structintr_frameif_;這樣一個結(jié)構(gòu)，其中有一個成員if_.esp,這就是用戶棧指針，在load() 函數(shù)文案大全實用標準文檔中為其賦值，分配了?？臻g。（ 2）調(diào)用 strtok_r 分離出一個個參數(shù) ( 就是一個個字符串了 ) ，把每個字符串都復(fù)制到用戶棧中， 并把他在棧中的位置記錄到一個數(shù)組中，以備下一步使用。注意：棧是向下增長，而字符串是向上增長。char *esp=(char *)if

7、_.esp;char *arg256; /assume numbers of argument below 256 int i,n=0;for (; token != NULL;token = strtok_r (NULL, , &save_ptr)esp-=strlen(token)+1; /because user stack increase to low addr. strlcpy(esp,token,strlen(token)+2); /copy param to user stackargn+=esp;（3）要加入一個雙字的對齊， 因為是 32 位的，所以就是四字節(jié)對齊。while

8、(int)esp%4make)/word alignesp-;/注意：棧是向下增長，所以這里是而不是+;(4) 要將第（ 2）步保存下的指針逆序放入棧中。按照 C約定，先要放入一個0，以防沒有參數(shù)。int *p=esp-4;*p-=0;然后依次放入?yún)?shù)n 的地址，參數(shù) n-1 的地址參數(shù) 0 的地址。for(i=n-1;i=0;i-) /place the arguments pointers to stack *p-=(int *)argi;(5) 放入 argc,argv*p-=p+1;*p-=n;*p-=0;esp=p+1;文案大全實用標準文檔(6) 讓用戶棧指針指向新的棧頂if_.es

9、p=esp如下圖擺放。如果命令行是：/bin/ls l foo bar完整代碼見附錄！TASK 3 system call系統(tǒng)調(diào)用要求：（1）實現(xiàn)以下系統(tǒng)調(diào)用：pfnSYS_WRITE=IWrite;/printf和寫文件需要。pfnSYS_EXIT=IExit;/退出時 return后調(diào)用pfnSYS_CREATE=ICreate;/創(chuàng)建文件pfnSYS_OPEN=IOpen;/ 打開文件pfnSYS_CLOSE=IClose;/關(guān)閉文件pfnSYS_READ=IRead;/讀文件pfnSYS_FILESIZE=IFileSize; /返回文件大小文案大全實用標準文檔pfnSYS_EXEC=

10、IExec;/加載用戶程序pfnSYS_WAIT=IWait;/等待子進程結(jié)束pfnSYS_SEEK=ISeek;/移動文件指針pfnSYS_REMOVE=IRemove;/刪除文件pfnSYS_TELL=ITell;/返回文件指針位置pfnSYS_HALT=IHalt;/關(guān)機要想完成以上系統(tǒng)調(diào)用，還要明白系統(tǒng)調(diào)用的機制，見后邊。參考文件有： src/lib/user/syscall.c了解每個系統(tǒng)調(diào)用的形式。src/lib/syscall-nr.h了解每個系統(tǒng)調(diào)用號。實現(xiàn)方法：（ 1）搭建框架用一個數(shù)組保存各函數(shù)名，數(shù)組下標就是系統(tǒng)調(diào)用號。在 syscall_init()函數(shù)中初始化數(shù)組 p

11、fn 為 NULL在 syscall_handler() 函數(shù)中依據(jù)系統(tǒng)調(diào)用號調(diào)用相函數(shù)。typedef void (*CALL_PROC)(struct intr_frame*);CALL_PROC pfnMAXCALL;voidsyscall_init (void)intr_register_int (0x30, 3, INTR_ON, syscall_handler, syscall);int i;for(i=0;iesp)ExitStatus(-1);int No=*(int *)(f-esp);文案大全實用標準文檔if(No=MAXCALL|MAXCALLret=status;/保存

12、返回值。thread_exit();3SYS_CREATE創(chuàng)-建文件 void ICreate(struct intr_frame *f)取出僅有的一個參數(shù)文件名。調(diào)用 filesys_create()函數(shù)。保存返回值。4 SYS_OPEN-打開文件void IOpen(struct intr_frame *f)取出文件名。調(diào)用 filesys_open()函數(shù)打開文件。這里需要為每個進程維護一個打開文件表。打開文件后要為這個文件分配一個句柄號。在 struct thread結(jié)構(gòu)中加入：int FileNum;/打開文件數(shù)限制進程打開文件數(shù)struct list file_list; /打開文

13、件列表文案大全實用標準文檔int maxfd;/句柄分配使用每打開一個文件就讓maxfd 加 1，關(guān)閉文件可以不減小。關(guān)聯(lián)文件句柄與文件指針的結(jié)構(gòu)： （被鏈入 file_list）struct file_nodeint fd;struct list_elem elem;struct file *f;有了以上準備，每打開一個文件都要新創(chuàng)建一個file_node結(jié)構(gòu)，分配句柄，并把file_node加入 file_list;最后返回文件句柄就OK.5SYS_CLOSE關(guān)閉文件 void IClose(struct intr_frame *f)一種是關(guān)閉一個文件。一種是進程退出時關(guān)閉所有文件。從用戶

14、棧中獲取要關(guān)閉文件的句柄。在用戶打開文件列表中找到對應(yīng)文件，以得到文件指針。調(diào)用file_close()函數(shù)關(guān)閉文件，釋放struct file_node。關(guān)閉所有文件自然是每一個都要關(guān)閉，釋放了。 Debug here 3 weeks6 SYS_READ讀文件IRead()從用戶棧中獲得fd buffer size三個參數(shù)如果 fd 是標準輸入設(shè)備，則調(diào)用input_getc()如果 fd 是文件句柄由 fd 從進程打開文件表中得到文件指針調(diào)用 file_read() 函數(shù)從文件中讀數(shù)據(jù)。文案大全實用標準文檔7 SYS_FILESIZE 獲取文件大小IFileSize()從用戶棧中獲得fd由

15、 fd 從進程打開文件表中得到文件指針調(diào)用 file_len gth得到文件大小8 SYS_EXEC - 加載用戶程序IExec()用戶程序通過 SYS_EXEC這個系統(tǒng)調(diào)用創(chuàng)建子進程。在 IExec() 函數(shù)中，分配一個頁，復(fù)制一份用戶提供的用戶名。否則在后來分離參數(shù)時，加入 0 時出現(xiàn)核心線程寫入用戶內(nèi)存空間的頁錯誤。還要注意線程同步問題。在 IExec() 中調(diào)用 process_execute() 函數(shù)創(chuàng)建子進程，但是從process_execute() 得到了用戶進程 pid 后，用戶程序并沒用加載。所以要等待用戶進程被調(diào)度后調(diào)用了 start_process() 函數(shù)才能知道。 S

16、tart_process() 函數(shù)真正加載用戶程序， 可能會因為找不到程序文件或內(nèi)存不足等原因?qū)е录虞d失敗。 所以父進程調(diào)用 process_execute() 后不 能 立即 返回， 要 在一 個 信號 量 上等 待sema_down(sema)，直到 start_process() 函數(shù)中加載用戶程序成功后再 semp_up(sema)激活父進程，激活父進程后應(yīng)該立即掛起自己sema_down(sema),這里父進程獲取子進程狀態(tài)信息后，再出父進程sema_up()激活子進程。 如果父進程創(chuàng)建了一個優(yōu)先級比自己高的子進程，如果不這樣坐，start_process()函數(shù)每一次執(zhí)行 sema

17、_up(sema)文案大全實用標準文檔后，父進程還是不會被調(diào)度，而子進程可以已經(jīng)運行完畢，這樣父進程就得不到子進程的狀態(tài)了。在 struct_thread 結(jié)構(gòu)中加入 semaphore SemaWaitSuccess;可以在父進程的的這個信號量上等，也可是子進程的SemaWaitSuccess上等。如果子進程創(chuàng)建成功則返回pid ，失敗返回 -1 。9 SYS_WAIT等待函數(shù)IWait()主線程創(chuàng)建子進程后，出于他與子進程優(yōu)先級一樣，所以，二者交替執(zhí)行，這樣主線程就有可能先結(jié)束，這導(dǎo)致了一開始的test失敗。起初可以通過創(chuàng)建子進程時提高子進程優(yōu)先級或者在 process_wait() 中加

18、入 while(true) 這樣的死循環(huán)來解決。后期要通過信號量同步。這個系統(tǒng)調(diào)用的需求：父進程創(chuàng)建子進程后可能要等子進程結(jié)束。Process_wait()要返回子進程的返回值。情況有如下：父進程調(diào)用 process_wait()時子進程還未結(jié)束，此進父進程將被掛起， 等子進程結(jié)束后再喚醒父進程，父進程再取得返回值。父進程調(diào)用process_wait()時子進程已經(jīng)結(jié)束 , 這就要求子進程結(jié)束后應(yīng)該把返回值保存到父進程的進程控控制塊中。文案大全實用標準文檔于是在 struct thread要加入一個鏈表， struct list sons_ret;結(jié)構(gòu)：struct ret_dataint p

19、id;int ret;struct list_elem elem;這樣就能保存子進程的返回值了。在 struct thread結(jié)構(gòu)中加入 bool bWait;表示進程本身有沒有被父進程等待。在 struct thread 結(jié)構(gòu)中加入 bool SaveData; 如果子進程已經(jīng)把返回值保存到父進程里了就設(shè) SaveData 為 true; SaveData 應(yīng)該被初始化為 false;在 struct thread 結(jié)構(gòu)中加入 struct thread *father; 表示父線程。每創(chuàng)建一個子線程，都要在子線程中記錄父線程。信號量同步方法：在 struct thread 結(jié)構(gòu)中加入 se

20、maphore SemaWait;這里選擇在父進程的 SemaWait上等。這個等待會把父進程的 struct thread 進程控制塊插入到 SemaWait的 list 中去。要想同時等待多個進程則不可能把父進程插入到多個子進程中去。 當然，這里的測試只能等一個子進程，所以在父進程和子進程上等都可以。父進程執(zhí)行 process_wait(child_pid)后，可以由 child_pid得到子進程 struct thread指針 t 。通過遍歷 all_list比較 pid 實現(xiàn) .文案大全實用標準文檔如 果 在all_list沒 有 發(fā) 現(xiàn) 子 進 程 的 進 程 控 制 塊 或 者 發(fā)

21、 現(xiàn)t-SaveData=true|t-status=THREAD_DYING; 表示子進程已經(jīng)結(jié)束，直接從自己的 sons_ret 鏈表中找到子進程的返回值返回就 OK. 如果子進程還在運行，則執(zhí)行 sema_down(t-father-SemaWait) 把自己掛起，子進程執(zhí)行完畢后， 發(fā)現(xiàn)在 bWait=true, 自己被等待了，再釋放父進程 sema_up(SemaWait); 如果 bWait=fale, 則不用喚醒父進程。父進程被喚醒后，再從sons_ret 鏈表中得到子進程的返回值。每個子進程只能等一次，第二次等同一個子進程只能返回-1.一個進程結(jié)束時，在 process_exi

22、t() 函數(shù)中，要釋放自己打開的所有文件，保存返回值到父進程，輸出退出信息，如果有父進程在等他就喚醒父進程，釋放子進程鏈表。10 SYS_SEEK -移動文件指針I(yè)Seek()從用戶棧中取出文件句 fd 柄要移動的距離，把 fd 轉(zhuǎn)為文件指針，調(diào)用 file_seek()函數(shù)移動文件指針即可。11 SYS_REMOVE刪除文件IRemove從用戶棧中取出要刪除文件的文件名。調(diào)用 filesys_remove()刪除文件。文案大全實用標準文檔12 SYS_TELL返回文件指針當前位置ITell()從用戶棧中取出文件句 fd 柄要移動的距離，把 fd 轉(zhuǎn)為文件指針，調(diào)用 file_tell()函數(shù)

23、得到指針位置。13 SYS_HALT 關(guān)機IHALT調(diào)用 shutdown_power_off()函數(shù)關(guān)機用戶程序?qū)е马撳e誤時， 會進入 page_fault() 函數(shù)，在 exception.c 中。 在 page_fault() 中加入if(not_present|(is_kernel_vaddr(fault_addr)&user)ExitStatus(-1);來處理頁錯誤。Task4 Denying Writes to Executables不能寫入可執(zhí)行文件在 start_process 函數(shù)中加入t-FileSelf=filesys_open(token);file_deny_wri

24、te(t-FileSelf);其中 FileSelf變量是要在struct thread結(jié)構(gòu)中添加的。進程退出時就解除：在 process_exit() 中加入if(cur-FileSelf!=NULL) /撤銷對自己人deny_writefile_allow_write(cur-FileSelf);file_close (cur-FileSelf);注意：所有系統(tǒng)調(diào)用的返回值都放到用戶的eax 寄存器中。取出參數(shù)時要對用戶棧指針作詳細的檢查，是否越界，越界則直接調(diào)文案大全實用標準文檔用 Exit_Status(-1) 中止用戶進程。用戶程序加載過程：(1) 核心線程通過調(diào)用process_e

25、xecute(char *file_name);函數(shù)來創(chuàng)建用戶進程。File_name為要加載的文件名。這個函數(shù)中還調(diào)用了thread_create()函數(shù)為用戶進程創(chuàng)建了一個線程。 File_name 和一個叫 start_process的函數(shù)被傳遞給了 thread_create(), thread_create()函數(shù)創(chuàng)建線程后就把線程放入 ready_list()等待被調(diào)度 ;(2)得到 CPU后就開始 start_process(void *file_name)函數(shù)。這個函數(shù)做了以下幾件事兒：1 根據(jù)file_name把用戶程序從硬盤調(diào)入內(nèi)存，還為其分配了虛擬內(nèi)存。 注意這里要完成t

26、ask2 ，不然文件名不正確， 就沒法打開文件。2 給用戶分配了?？臻g3GB開始。向低字節(jié)增長。在這里要實現(xiàn)參數(shù)分離，并且把參數(shù)按規(guī)定放入用戶棧中。文案大全實用標準文檔(3) 通過內(nèi)嵌匯編asm volatile (.) 調(diào)用了用戶程序中的 main() 函數(shù)。(4 ）main() 函數(shù)從棧中取出傳給他的參數(shù)，執(zhí)行完畢后會調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用exit(),Exit()函數(shù)又調(diào)用thread_exit()函數(shù)，thread_exit()函數(shù)又調(diào)用process_exit()函數(shù)，最后在thread_exit（）函數(shù)中把即將退出的函數(shù)的進程控制塊structthread 從 all_list中 remov

27、e 掉，調(diào)用了進程調(diào)度器schedule() 函數(shù)，調(diào)用下一下進程執(zhí)行。系統(tǒng)調(diào)用過程：在用戶程序使用一個系統(tǒng)調(diào)用， 如 printf();在必然會觸發(fā)一個30號中斷，正如src/lib/user/syscall.c文件中所述。可見參數(shù)個數(shù)不同，系統(tǒng)調(diào)用不同。 這個 30 號中斷調(diào)用之前，把系統(tǒng)調(diào)用號、用戶參數(shù)（ 0 到 3 個不等）壓入棧中。然后開始執(zhí)行中斷程序，中斷程序又調(diào)用了 syscall_handler(struct intr_frame *f)函數(shù)，其中 f是一個指向了用戶程序當前運行信息的的指針，其中就有用戶棧指針esp, 所以在我們添加的系統(tǒng)調(diào)用中， 就可以根據(jù)這個指針取出系統(tǒng)調(diào)

28、用號和各個參數(shù)。系統(tǒng)調(diào)用結(jié)束后，要把返回值入如f-eax 中.注意：用戶棧中的各個參數(shù)并不連續(xù)存放：三個參數(shù)write(fd,buffer,size);int fd=*(esp+2);文案大全實用標準文檔char *buffer=(char *)*(esp+6);unsigned size=*(esp+3);兩個參數(shù)create(pFileName,size);bool ret=filesys_create(const char *)*(unsigned int*)f-esp+4),*(unsigned int *)f-esp+5);一個參數(shù)exit(-1);cur-ret=*(int *)f

29、-esp+1);附錄：Task2 參數(shù)傳遞代碼 ( 紅色 )Task3 系統(tǒng)調(diào)用（藍色）Task4 deny write (綠色 )tid_tprocess_execute (const char *file_name)char *fn_copy;tid_t tid;/* Make a copy of FILE_NAME.Otherwise theres a race between the caller and load(). */fn_copy = palloc_get_page (0);if (fn_copy = NULL)return TID_ERROR;strlcpy (fn_cop

30、y, file_name, PGSIZE);char *real_name, *save_ptr;real_name = strtok_r (file_name, , &save_ptr);/* Create a new thread to execute FILE_NAME. */tid = thread_create ( real_name , PRI_DEFAULT, start_process, fn_copy); if (tid = TID_ERROR)palloc_free_page (fn_copy);return tid;/* A thread function that lo

31、ads a user process and starts it文案大全實用標準文檔running. */static voidstart_process (void *file_name_)char *file_name = file_name_;struct intr_frame if_;bool success;char *token=NULL, *save_ptr=NULL;token = strtok_r (file_name, , &save_ptr); / get real file name, use it in load()/* Initialize interrupt fr

32、ame and load executable. */memset (&if_, 0, sizeof if_);if_.gs = if_.fs = if_.es = if_.ds = if_.ss = SEL_UDSEG;if_.cs = SEL_UCSEG;if_.eflags = FLAG_IF | FLAG_MBS;success = load (token , &if_.eip, &if_.esp);struct thread *t=thread_current();if (!success)palloc_free_page (file_name);t-tid=-1;sema_up(&

33、t-SemaWaitSuccess);ExitStatus(-1);sema_up(&t-SemaWaitSuccess);t-FileSelf=filesys_open(token);file_deny_write(t-FileSelf);char *esp=(char *)if_.esp;char *arg256;/assume numbers of argument below 256int i,n=0;for (; token != NULL;token = strtok_r (NULL, , &save_ptr)/copy theargument to user stackesp-=

34、strlen(token)+1;/because user stackincrease to low addr.strlcpy(esp,token,strlen(token)+2);/copyparam to user stackargn+=esp;文案大全實用標準文檔while(int)esp%4make)/word alignesp-;int *p=esp-4;*p-=0;/first 0for(i=n-1;i=0;i-)/place the arguments pointers to stack*p-=(int *)argi;*p-=p+1;*p-=n;*p-=0;esp=p+1;if_

35、.esp=esp;/set new stack toppalloc_free_page (file_name);asm volatile (movl %0, %esp; jmp intr_exit : : g (&if_) : memory); NOT_REACHED ();Syscall.c中所有代碼：#include userprog/syscall.h#include threads/vaddr.h#include #include #include threads/interrupt.h#include threads/thread.h#include filesys/filesys.

36、h#include filesys/file.h#include devices/input.h#include process.h#include #include devices/shutdown.h#define MAXCALL 21#define MaxFiles 200#define stdin 1static void syscall_handler (struct intr_frame *);typedef void (*CALL_PROC)(struct intr_frame*);CALL_PROC pfnMAXCALL;void IWrite(struct intr_fram

37、e*);void IExit(struct intr_frame *f);void ExitStatus(int status);void ICreate(struct intr_frame *f);void IOpen(struct intr_frame *f);void IClose(struct intr_frame *f);void IRead(struct intr_frame *f);void IFileSize(struct intr_frame *f);文案大全實用標準文檔void IExec(struct intr_frame *f);void IWait(struct in

38、tr_frame *f);void ISeek(struct intr_frame *f);void IRemove(struct intr_frame *f);void ITell(struct intr_frame *f);void IHalt(struct intr_frame *f);struct file_node *GetFile(struct thread *t,int fd);voidsyscall_init (void)intr_register_int (0x30, 3, INTR_ON, syscall_handler, syscall); int i;for(i=0;i

39、esp)ExitStatus(-1);int No=*(int *)(f-esp);if(No=MAXCALL|MAXCALLesp;if(!is_user_vaddr(esp+7)ExitStatus(-1);int fd=*(esp+2);/文件句柄char *buffer=(char *)*(esp+6); /要輸出人緩沖unsigned size=*(esp+3);/輸出內(nèi)容大小。if(fd=STDOUT_FILENO)/標準輸出設(shè)備putbuf (buffer, size);f-eax=0;else/文件struct thread *cur=thread_current();stru

40、ct file_node *fn=GetFile(cur,fd); / 獲取文件指針 if(fn=NULL)f-eax=0;return;f-eax=file_write(fn-f,buffer,size);/寫文件文案大全實用標準文檔void IExit(struct intr_frame *f) /一個參數(shù)正常退出時使用if(!is_user_vaddr(int *)f-esp)+2)ExitStatus(-1);struct thread *cur=thread_current();cur-ret=*(int *)f-esp+1);f-eax=0;thread_exit();void E

41、xitStatus(int status)/非正常退出時使用struct thread *cur=thread_current();cur-ret=status;thread_exit();void ICreate(struct intr_frame *f) /兩個參數(shù)if(!is_user_vaddr(int *)f-esp)+6)ExitStatus(-1);if(const char *)*(unsigned int *)f-esp+4)=NULL)f-eax=-1;ExitStatus(-1);boolret=filesys_create(constchar*)*(unsignedint*)f-esp+4),*(unsigned int *)f-esp+5);f-eax=ret;void IOpen(struct intr_frame *f)文案大全實用標準文檔if(!is_user_vaddr(int *)f-esp)+2)ExitStatus