Lab2:System Call

trace

该系统调用程序，可以跟踪其他的系统调用命令，该系统调用的形参为一个整数掩码。其具体实参为1 << sys_call所得到的整数值，sys_call是一个系统调用指令在内核中定义的系统调用编号。返回值包含进程id，系统调用sys_call的名称和返回值。并且trace指令可以跟踪当前进程和它派生的所有子进程。

即具体用法为

trace [sys_call_mask] [call] [call_params]

call: 可以为一个unix命令 如grep

sys_call_mask: 为系统调用指令，可以传入2147483647，可以跟踪运行call指令期间的所有系统调用指令

call_params：即call命令需要的合法参数格式

trace.c

可以看到，在该自定义函数中调用了trace的sys_call，如果成功那么将进行切割，nargv为sys_call_mask后的具体指令，然后利用exec系统调用进行执行

添加原型、存根、系统调用编号

提示中说到需要在usys.h添加系统调用的原型



可以看到原本xv6中系统调用指令的原型

trace指令通过接受整型mask返回一个字符串

char* trace(int);

第二步在usys.pl中添加存根，Makefile将调用该perl脚本，生成实际的系统调用存根usys.S

entry("trace");

第三步在syscall.h中添加系统调用编号

#define SYS_trace 22

内核中的实现

上述步骤只实现了trace指令的声明，还需要在内核中进行实现。

第一步需要在proc.h中的proc结构体内定义一个新的变量，用来记录我们给定的mask值，然后和之后的每个系统调用的mask值进行比较，如果相等则打印输出



第二步就是实现sys_trace函数，该函数主要功能就是对proc结构体中的trace_mask值进行赋值操作，需要使用argint函数，当进行系统调用时，会向a0寄存器中写入当前系统调用指令的mask即系统调用指令所需要的参数会存放到a0和a1中，利用argint函数可以从a0寄存器中获取，然后将其转换为整数。

在执行某个系统调用指令时，a0和a1用来接受参数，当函数返回时a0会存放返回值

//sys_trace()
uint64
sys_trace(void)
{
	//get the param of the sys_call
	if(argint(0,&(myproc()->trace_mask))<0)
	{
		return -1;
	}
	return 0;
}

打印子进程

由于要求打印父进程会派生出的所有子进程，所以需要将父进程的trace_mask传入到子进程里面，可以在fork()函数中实现，fork函数中会创建两个proc的结构体一个代表子进程np，一个代表当前进程p

np->trace_mask = p->trace_mask;

打印输出

调用trace指令后，我们需要对满足输入mask的系统调用进行输出

p->trapframe->a7表示当前系统调用的号码。我们可以通过比较(1<<(p->trapframe->a7))和存放在proc中的之前a0寄存器中的值来进行判断

if((1<<num) & p->trace_mask)
{
	    printf("%d: syscall %s -> %d\n", p->pid,syscalls_name[num],p->trapframe->a0);
}

输出格式按照样例格式，syscalls_name[]为新建的数组，用来存储每个系统调用的名称。

sysinfo

该系统调用主要作用是收集正在运行的系统信息，形参为定义在kernal/sysinfo.h文件下的sysinfo结构体指针，在内核态填写这个结构体，然后返回到用户空间

获取空闲内存空间

根据提示，在kalloc.c中添加函数，kalloc.c中有两个结构体，分别表示当前内存空间和空闲的内存空间

struct run {
  struct run *next;
};

struct {
  struct spinlock lock;
  struct run *freelist;
} kmem;

所以我们获得空间内存空间大小就是获得freelist这个链表的长度，直接遍历计数即可

void
getfree(uint64 *res)
{
	*res = 0;
	struct run *cur = kmem.freelist;
	//lock
	acquire(&kmem.lock);
	while(cur)
	{
		//Base: PGSIZE
		*res += PGSIZE;
		cur = cur->next;
	}
	release(&kmem.lock);
}

获取当前的进程数量

proc.c中定义了一个存储所有进程结构体的数组，我们只需要统计其中state!=UNUSED的进程即可

void
getprocnum(uint64* num)
{
	*num = 0;
	struct proc* p;
	for(p = proc; p < &proc[NPROC]; p++)
	{
		acquire(&pid_lock);
		if(p->state != UNUSED) (*num)++;
  		release(&pid_lock);
	}
}

通过系统调用复制到用户空间

编写sys_sysinfo系统调用指令，提示中也说到使用copyout()指令，首先我们需要定义一个sysinfo的结构体，然后通过上述两个函数对两个值进行赋值操作。

然后我们需要得到用户空间下的地址，可以利用argaddr函数从a0寄存器中获取然后赋值给我们的变量。当得到用户空间的地址后，利用copyout函数进行从内核到用户空间的复制操作。p->pagetable所代表的就是当前进程的页表，然后addr就是该页表下的地址。

uint64
sys_sysinfo(void)
{
	//the struct of sysinfo
	struct sysinfo info;
	getfree(&info.freemem);
	getprocnum(&info.nproc);
	struct proc* p = myproc();
	//the kernal memory addr use argaddr
	uint64 addr;
	if(argaddr(0,&addr) < 0)
	{
		return -1;
	}
	if(copyout(p->pagetable, addr, (char*)&info, sizeof(info)) < 0)
	{
		return -1;
	}
      	return 0;
}

注意

1. 由于在sysproc.c中使用了struct sysinfo，所以需要在头文件添加sysinfo.h
2. 需要在defs.h中对我们定义在kalloc.c和proc.c的两个函数进行声明
   
   defs.h定义了整个操作系统中会用到的结构体，枚举类型和函数

声明一个系统调用

定义一个系统调用