操作系统实验报告 lab2 【System calls】
一、实验内容：
Part A System call trace
编译准备：
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Add
$U/_traceto UPROGS in Makefile
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Add a prototype for the system call to
user/user.h
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Add a stub to
user/usys.pl
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Add a syscall number to
kernel/syscall.h
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编译测试：
make qemu,成功运行
实现trace：
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实现思路：
根据提示，是要在
kernel/sysproc.c中添加一个函数sys_trace()，该函数要记住传进来的参数，并在struct proc中新加一个变量用于储存这一参数。结合前面的功能描述，这个参数就是mask，也即trace 32 grep hello README中的32。查看
kernel/sysproc.c中其他函数（如sys_exit()），发现其没有参数，但使用了argint(0,&n)来获取所需的n值，其用于获取第0个寄存器的信息并用n来储存。故mask也应该用同样的方法来读取。
同时要在
struct proc中添加mask变量
再把
mask赋值给当前proc的mask，根据sys_getpid()，可用myproc()->mask来进行赋值。 -
编写函数：先读取0号寄存器的内容到
mask中，再把mask赋给当前proc的mask
子项复制：
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Modify
fork()(seekernel/proc.c) to copy the trace mask from the parent to the child process.即把父进程的
mask赋给子进程：
打印输出：
- 在
syscall()中添加相应的trace项：
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Add an array of syscall names to index into.
用于打印输出
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输出实现：
首先，打印内容的结构是：
3: syscall read -> 1023（3为pid，syscall为统一输出，read为系统调用的名字，1023为其返回值。pid直接用
myproc()->pid即可获取系统调用的名字则通过上述的表中根据编号(
num)获取，编号要与mask进行匹配，匹配成功才要进行输出，mask的第num位为1则需打印输出。匹配过程考虑位运算，将1左移num位，再&上mask，若当mask的第num位不为1时，结果为0。返回值调用
syscalls[num]()后即得到，因p->trapframe->a0存储了该值，输出它即可。
测试：
Part B Sysinfo
编译准备：
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重复Part A的操作：
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其他准备：
Predeclare the existence of
struct sysinfo
Add
Student IDfor print
辅助函数：
To collect the amount of free memory, add a function to kernel/kalloc.c
阅读 kernel/kalloc.c中的其他函数发现，有freelist可以使用，用一个while循环遍历该freelist，并让计数器count++，即可获取free的page数目，count*PGSIZE即为free memory。同时，涉及到临界区变量，该过程要加锁。
To collect the number of processes, add a function to kernel/proc.c
copy kernel/kalloc.c中的其他函数的遍历方法，并置计数器count，当状态不为UNUSED即count++，该过程也要加锁。
实现sysinfo：
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实现思路：
先创建一个
struct sysinfo调用之前两个辅助函数获取
sysinfo内的freemem和nproc值，再把学号赋值给
sid并打印接下来进行
copyout操作，将对应位置改为info即可，注意前面参数的获取也要有，p通过myproc()获取，addr从0号寄存器读入。 -
编写函数：注意要在
"defs.h"添加辅助函数的定义
测试：
二、问题回答：
（1）System calls Part A部分，简述一下trace全流程.
trace先调用user/trace.c进行参数读入和预处理，再通过entry(trace)从用户态转到内核态，执行后续操作。在内核态中具体调用sys_trace()函数，该函数从0号寄存器中读入所谓的mask，并将mask放入mypro()的mask中。当进行syscall()时，就会根据myproc()的mask是否与编号num匹配来打印相应内容，完成trace。
（2）kernel/syscall.h是干什么的，如何起作用的？
通过宏定义，将系统调用函数的名字作为标识符替换为数字编号。通过编号转化后，就可以将系统调用名字的数据转为数据放入寄存器（a7）中，当syscall需要时便从寄存器中读取编号，从而执行对应函数。
（3）命令 “trace 32 grep hello README”中的trace字段是用户态下的还是实现的系统调用函数trace？
trace字段应是在用户态下的函数user/trace.c，通过内核调用sys_trace()来实现具体操作。
三、问题解决：
【问题】在Part B的调用两个辅助函数获取sysinfo内的freemem和nproc值时，出现错误，显示函数没有定义。
如上图的getfreemem()函数，其在kernel/kalloc.c中实现。其定义按道理应添加在kernel/kalloc.h中，然后include该.h文件即可，但并没有该.h文件。经代码搜索后发现kernel/kalloc.c中函数的定义是在defs.h中声明的，类似于user/user.h，故应在 "defs.h"添加辅助函数的定义。
四、实验感想：
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通过这次实验具体函数的实现，理解了用户态和内核态的区别与关系，以及用户态是如何转到内核态的，这是在代码层面一直困扰我的问题。
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这次实验还有一个地方有点颠覆我的认知，就是内核函数获取参数不是像之前写的代码那样靠传参，而是直接从寄存器中读。
五、实验参考：
标签：kernel,函数,trace,syscall,mask,Lab2,user From： https://www.cnblogs.com/jeekzhang/p/16830072.html