2023开源操作系统训练营三阶段 proj2 练习2

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练习实验书: https://scpointer.github.io/rcore2oscomp/docs/lab2/intro.html

1.编程作业

1.1 跟随文档修改内核

跟随文档编写代码即可, 其实给出的bootloader已经是被修改成适配rCore的版本了, 不需要进行自己的修改, 此处简单说明文档中没有直接给出的代码修改部分:

  • 思路

    bootloader其实就是我们lab1中修改栈布局的完善版本, 只需要将我们在lab1中自己修改的代码换成对bootloader的函数调用即可

  • 具体步骤
  1. 调用ElfLoader::new和init_stack完成栈的内存初始化
  2. 将返回的栈底值填充trap_cx, 注意app_init_context也需要填充

1.2 添加系统调用使hellostd 正常运行

1.2.1 完成ioctl

通过文档修改后首先输出的是:

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Unsupported syscall_id: 29

查阅此处可知缺少系统调用ioctl的实现

  1. ioctl是什么?

    ioctl（Input/Output Control）是一个在Unix和Unix-like系统上的系统调用，用于控制设备的底层参数。它允许用户程序通过文件描述符对设备进行各种控制操作

  2. 原型和使用方式
  • 原型 
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    int ioctl(int fd, unsigned long request, ...);
    /*
    fd: 打开的文件描述符，指向需要进行控制的设备。
    request: 一个表示控制请求的无符号长整型。这个参数指定了具体的操作，如设置参数、获取状态等。
    ...: 零个或多个可选的参数，取决于具体的控制请求。
    */
  • Linux下使用案例: 
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    struct winsize ws;

    // 获取终端窗口大小
    struct winsize ws;
    if (ioctl(STDOUT_FILENO, TIOCGWINSZ, &ws) == -1) {
        perror("ioctl(TIOCGWINSZ) error");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
  1. 实现方式
    可以看出, rCore并不支持以上类似的功能, 一次该系统调用只需要返回 0 即可

1.2.2 完成writev

上一步完成后, 运行输出:

1
Unsupported syscall_id: 66

查阅此处可知缺少系统调用writev的实现

  1. writev是什么?
    如果熟悉Linux系统编程的话对这个系统调用很熟悉, 其被writev函数调用, 起作用就是将多个不连续的缓冲区打包一次进行写入, readv的思路也是一样的。其意义在于减少系统调用的开销。

  2. 原型和使用方式

  • 原型 
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    ssize_t writev(int fd, const struct iovec *iov, int iovcnt);

    struct iovec {
    void  *iov_base; // 缓冲区的起始地址
    size_t iov_len;  // 缓冲区的长度
    };
  • Linux下使用案例 
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    // 定义两个缓冲区
    char buffer1[] = "Hello, ";
    char buffer2[] = "writev!\n";
    // 定义iovec结构数组
    struct iovec iov[2];
    iov[0].iov_base = buffer1;
    iov[0].iov_len = strlen(buffer1);
    iov[1].iov_base = buffer2;
    iov[1].iov_len = strlen(buffer2);
    // 打开文件描述符
    int fd = open("output.txt", O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, S_IRUSR | S_IWUSR);
    // 使用writev写入数据
    ssize_t bytes_written = writev(fd, iov, 2);
  1. 实现方式
  • 思路
    由于已经实现了sys_write, 而sys_writev就是将多个缓冲区打包在一起.因此只需要连续调用sys_write即可
  • 具体步骤
    1. 循环获取每一个iov的地址, 需要通过translated_refmut转化
    2. 每一个iov地址的第一个参数是缓冲区地址, 第二个参数是缓冲区长度, 同样通过translated_refmut转化
    3. 获取到上2个参数后调用sys_write
    4. 若sys_write返回-1, 则直接返回, 否则对sys_write进行累加并在循环结束后返回

      PS
      此处我的视线是直接操作指针, 但如果后续还需实现更多有关iovec的系统调用时, 最后单独定义一个结构体, 并对该结构体实现相应的读写方法

1.2.3 实现exit_group

上一步完成后, 运行输出:

1
Unsupported syscall_id: 94

查阅此处可知缺少系统调用exit_group的实现

  1. exit_group是什么?
    exit_group 是一个系统调用，它会终止所有线程和进程，并返回一个退出状态。它与 exit 的区别在于它会终止整个进程组，而不仅仅是调用线程或进程。
  2. 原型和使用方式
  • 原型 
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    void exit_group(int status);
  • 使用方式 
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    #include <linux/unistd.h>

    int main() {
        // ... 进程的其他工作 ...

        exit_group(0);

        // 这段代码不会执行，因为 exit_group 已经终止了整个进程
        // ...

        return 0;
    }
  1. 实现方式
    显而易见, 由于rCore不支持进程组, 因此只需要转移给exit即可

1.2.4 结果

完成以上修改后, 运行hellostd, 得到如下结果:

img

2 问答作业

  1. 查询标志位定义。

    标准的 waitpid 调用的结构是 pid_t waitpid(pid_t pid, int *_Nullable wstatus, int options);。其中的 options 参数分别有哪些可能（只要列出不需要解释），用 int 的 32 个 bit 如何表示？

  • options包括:
  • WNOHANG：如果没有任何子进程终止或停止，waitpid 立即返回而不阻塞。如果指定了这个选项，且子进程的状态没有发生变化，waitpid 返回 0。
  • WUNTRACED：等待任何已经停止的子进程返回。停止是指子进程收到了一个暂停信号（通常是 SIGSTOP）而进入了停止状态。
  • WCONTINUED：等待任何已经继续执行的子进程返回。继续执行是指子进程从停止状态转为运行状态。
  • WSTOPPED：它是一个被废弃的宏，不应该在新的代码中使用。使用 WIFSTOPPED 替代。
  • WEXITED：如果子进程正常终止，waitpid 返回。可以与 WIFEXITED 结合使用。
  • WEXITSTATUS：用于获取正常终止的子进程的退出状态，需与 WIFEXITED 结合使用。
  • WIFEXITED：如果子进程正常终止，返回一个非零值。可以与 WEXITSTATUS 结合使用。
  • WIFSIGNALED：如果子进程因为信号而终止，返回一个非零值。
  • WIFSTOPPED：如果子进程当前处于停止状态，返回一个非零值。可以与 WSTOPSIG 结合使用。
  • WIFCONTINUED：如果子进程继续运行，返回一个非零值。
  • WSTOPSIG：用于获取导致子进程停止的信号编号，需与 WIFSTOPPED 结合使用。

用 int 的 32 个 bit 如何表示?

由于其对应的整型只有一个位被设置为1, 因此可以通过按位或（|）操作组合