MIT6S081-Lab2总结

Rafael

2023-12-6

MIT6.S081 操作系统

Lab2就是了解一下xv6的系统调用流程，熟悉一下系统调用过程中的结构啥的。

一、xv6系统调用流程

（以trace系统调用为例）

1、在用户态的`user.h`中加入对应加入对应系统调用的跳板函数

2、在`user/usys.pl中加入对应的entry()`

这个entry()是从用户态到内核态的一个关键，它的宏定义展开代码为：

entry的具体宏展开是:
sub entry {
    my $name = shift;
    print ".global $name\n";
    print "${name}:\n";
    print " li a7, SYS_${name}\n";
    print " ecall\n";
    print " ret\n";
}

# 经过compiler后, entry("trace")为我们在usys.S里生成了如下的汇编代码

# usys.S
.global trace
trace:
 li a7, SYS_trace
 ecall
 ret

通过上述代码可以看出来，entry将对应系统调用的调用号(**SYS_trace**)加入到a7寄存器中，然后通过ecall（risc-v汇编的系统调用指令）从用户态进入内核态。

3、之后首先会跳到`kernel/syscall.c中的syscall`函数。

系统调用号（SYS_trace--就是个宏定义）从a7寄存器中获取，然后通过这个号调用对应的系统调用函数，返回值存在a0寄存器中。

4、通过系统调用号找到对应的系统调用函数

static uint64 (*syscalls[])(void) = {
[SYS_fork]    sys_fork,
[SYS_exit]    sys_exit,
[SYS_wait]    sys_wait,
[SYS_pipe]    sys_pipe,
[SYS_read]    sys_read,
[SYS_kill]    sys_kill,
[SYS_exec]    sys_exec,
[SYS_fstat]   sys_fstat,
[SYS_chdir]   sys_chdir,
[SYS_dup]     sys_dup,
[SYS_getpid]  sys_getpid,
[SYS_sbrk]    sys_sbrk,
[SYS_sleep]   sys_sleep,
[SYS_uptime]  sys_uptime,
[SYS_open]    sys_open,
[SYS_write]   sys_write,
[SYS_mknod]   sys_mknod,
[SYS_unlink]  sys_unlink,
[SYS_link]    sys_link,
[SYS_mkdir]   sys_mkdir,
[SYS_close]   sys_close,
[SYS_trace]   sys_trace,
[SYS_sysinfo] sys_sysinfo,
};

其实就是个数组，每个数组存着对应的系统调用函数指针。像SYS_fork、SYS_exit这些，其实就是一个宏定义，定义的编号，具体源码如下：

// System call numbers
#define SYS_fork    1
#define SYS_exit    2
#define SYS_wait    3
#define SYS_pipe    4
#define SYS_read    5
#define SYS_kill    6
#define SYS_exec    7
#define SYS_fstat   8
#define SYS_chdir   9
#define SYS_dup    10
#define SYS_getpid 11
#define SYS_sbrk   12
#define SYS_sleep  13
#define SYS_uptime 14
#define SYS_open   15
#define SYS_write  16
#define SYS_mknod  17
#define SYS_unlink 18
#define SYS_link   19
#define SYS_mkdir  20
#define SYS_close  21
#define SYS_trace  22
#define SYS_sysinfo 23

具体的系统调用的函数实现放在了各个文件中，这里是个extern函数。

比如说，sys_trace放在kernel/sysproc.c文件中，sys_read放在kernel/sysfile.c文件中。

二、将内核态数据复制到用户态

应为内核态和用户态是隔离的，它俩拥有不用的地址空间、寄存器。所以获取系统调用用户态传入的参数我们需要argint()、argaddr、argstr进行获取。（这三个函数在kernel/syscall.c文件中）

将内核态的数据返回到用户态，这里是用到了copyout函数。具体源码如下：

// Copy from kernel to user.
// Copy len bytes from src to virtual address dstva in a given page table.
// Return 0 on success, -1 on error.
/*
 将 len 个字节从 src 复制到给定页表中的虚拟地址 dstva
*/
int
copyout(pagetable_t pagetable, uint64 dstva, char *src, uint64 len)
{
  uint64 n, va0, pa0;

  while(len > 0){
    va0 = PGROUNDDOWN(dstva);   // 找到虚拟地址对应的虚拟页表起始地址
    pa0 = walkaddr(pagetable, va0);   // 通过虚拟页表找到对应的物理页表起始地址
    if(pa0 == 0)
      return -1;
    n = PGSIZE - (dstva - va0);   // 计算该页表的剩余空间
    // 如果剩余空间大于要拷贝的数据长度，只拷贝数据长度部分
    if(n > len)
      n = len;
    /*
      在物理页表中，以(void *)(pa0 + (dstva - va0))地址开始，将n个字节的src，复制到对应位置
    */
    memmove((void *)(pa0 + (dstva - va0)), src, n); 

    len -= n;
    src += n;
    dstva = va0 + PGSIZE;
  }
  return 0;
}

核心就是通过虚拟地址找到对应变量的物理地址，然后直接复制到的物理地址上面。

流程：

1、找到虚拟地址对应的虚拟页表起始地址。

2、通过虚拟页表找到对应的物理页表起始地址

3、如果剩余空间大于要拷贝的数据长度，只拷贝数据长度部分

4、在物理页表中，以(void *)(pa0 + (dstva - va0))地址开始，将n个字节的src，复制到对应位置