Lab2 syscall

System call tracing (moderate)

题目

系统调用跟踪（中等难度）

在这个任务中，你需要添加一个系统调用跟踪功能，这可能有助于你在后续实验中进行调试。你将创建一个新的跟踪系统调用，用于控制跟踪功能。

该系统调用应接受一个参数，即一个整数“mask”，其位用于指定要跟踪的系统调用。

例如，要跟踪 fork 系统调用，程序可以调用 trace(1 << SYS_fork)，其中 SYS_fork 是内核头文件 kernel/syscall.h 中的一个系统调用编号。

你需要修改 xv6 内核，以便在每个系统调用即将返回时打印一行信息，前提是该系统调用的编号在 mask 中被设置。

该行应包含进程 ID、系统调用的名称以及返回值；

你无需打印系统调用的参数。跟踪系统调用应为调用它的进程及其后续 fork 的子进程启用跟踪功能，但不应影响其他进程。

我们提供了一个用户级程序 trace，它可以以启用跟踪的方式运行另一个程序（请参见 user/trace.c）。完成后，你应该看到类似以下的输出：

复制

$ trace 32 grep hello README  
3: syscall read -> 1023  
3: syscall read -> 966  
3: syscall read -> 70  
3: syscall read -> 0  
$  
$ trace 2147483647 grep hello README  
4: syscall trace -> 0  
4: syscall exec -> 3  
4: syscall open -> 3  
4: syscall read -> 1023  
4: syscall read -> 966  
4: syscall read -> 70  
4: syscall read -> 0  
4: syscall close -> 0  
$  
$ grep hello README  
$  
$ trace 2 usertests forkforkfork  
usertests starting  
test forkforkfork: 407: syscall fork -> 408  
408: syscall fork -> 409  
409: syscall fork -> 410  
410: syscall fork -> 411  
409: syscall fork -> 412  
410: syscall fork -> 413  
409: syscall fork -> 414  
411: syscall fork -> 415  
...  
$    

在上面的第一个例子中，trace 调用了 grep，仅跟踪 read 系统调用。数字 32 是 1<<SYS_read。在第二个例子中，trace 在跟踪所有系统调用的情况下运行 grep；数字 2147483647 的低 31 位都被设置。在第三个例子中，程序未被跟踪，因此没有跟踪输出。在第四个例子中，usertests 中的 forkforkfork 测试的所有后代进程的 fork 系统调用都被跟踪。如果你的程序表现如上所示（尽管进程 ID 可能不同），则你的解决方案是正确的。

一些提示：

• 在 Makefile 中将 $U/_trace 添加到 UPROGS 中。
• 运行 make qemu，你会看到编译器无法编译 user/trace.c，因为用户空间的系统调用存根尚不存在：需要在 user/user.h 中添加系统调用的原型，在 user/usys.pl 中添加存根，并在 kernel/syscall.h 中添加一个系统调用编号。Makefile 调用了 Perl 脚本 user/usys.pl，它生成 user/usys.S，即实际的系统调用存根，这些存根使用 RISC-V 的 ecall 指令切换到内核。修复编译问题后，运行 trace 32 grep hello README；它会失败，因为你尚未在内核中实现该系统调用。
• 在 kernel/sysproc.c 中添加一个 sys_trace() 函数，用于通过在 proc 结构（请参见 kernel/proc.h）中的一个新变量中记住其参数来实现新的系统调用。从用户空间检索系统调用参数的函数在 kernel/syscall.c 中，你可以在 kernel/sysproc.c 中看到这些函数的使用示例。
• 修改 fork()（请参见 kernel/proc.c），以便将跟踪 mask 从父进程复制到子进程。
• 修改 kernel/syscall.c 中的 syscall() 函数以打印跟踪输出。你需要添加一个系统调用名称的数组以便索引。

解题思考

1. sys_trace() 函数，用于通过在 proc 结构（请参见 kernel/proc.h）中的一个新变量中记住其参数来实现新的系统调用。
2. 修改 fork()（请参见 kernel/proc.c），以便将跟踪 mask 从父进程复制到子进程。
3. 修改 kernel/syscall.c 中的 syscall() 函数以打印跟踪输出。你需要添加一个系统调用名称的数组以便索引。

我们通过trace来实现对于输入参数的处理，然后需要进入系统调用。

sys_trace就是系统调用函数。

fork实现将mask从父进程复制到子进程，也就是说proc中需要有一个来保存mask，同时mask是需要作为参数来获取的。

syscall来打印输出

一些发现

• 整个user部分的函数，都在user.h中声明

• 实际的系统调用存根，这些存根使用 RISC-V 的 ecall 指令切换到内核。所以要创建用户空间的系统调用存根

• 从用户空间检索系统调用参数的函数在 kernel/syscall.c 中从用户空间转到内核空间，需要通过特殊的函数来传递参数

系统信息（中等难度）

题目

在这个任务中，你需要添加一个系统调用 sysinfo，用于收集运行系统的相关信息。该系统调用接受一个参数：一个指向 struct sysinfo 的指针（请参见 kernel/sysinfo.h）。内核需要填充这个结构体的字段：freemem 字段应设置为可用内存的字节数，nproc 字段应设置为状态不是 UNUSED 的进程数量。我们提供了一个测试程序 sysinfotest；如果它打印出“sysinfotest: OK”，则表示你通过了这个任务。

一些提示：

1. 在 Makefile 中将 $U/_sysinfotest 添加到 UPROGS 中。

2. 运行 make qemu；user/sysinfotest.c 将无法编译。按照上一个任务中的相同步骤添加系统调用 sysinfo。为了在 user/user.h 中声明 sysinfo() 的原型，你需要预先声明 struct sysinfo 的存在：

   c复制

   struct sysinfo;
   int sysinfo(struct sysinfo *);

3. 修复编译问题后，运行 sysinfotest；它会失败，因为你尚未在内核中实现该系统调用。

4. sysinfo 需要将一个 struct sysinfo 结构体拷贝回用户空间；可以参考 sys_fstat()（位于 kernel/sysfile.c）和 filestat()（位于 kernel/file.c），了解如何使用 copyout() 来实现这一点。

5. 为了收集可用内存的数量，需要在 kernel/kalloc.c 中添加一个函数。

6. 为了收集进程的数量，需要在 kernel/proc.c 中添加一个函数。