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(undone) MIT6.S081 2023 一个月速通 (Day2: LAB1 Utilities)

news 2024/11/5 13:45:57

实验网页：https://pdos.csail.mit.edu/6.S081/2023/labs/util.html

从网页描述中可以得到一些有用的信息：
1.可以执行 make grade 来测试自己的代码，获取得分。但这个命令会同时运行所有测试。
2.如果要单独对某个作业进行测试，有两种命令（在 host 上执行，不是在 xv6 里执行）

./grade-lab-util sleep

make GRADEFLAGS=sleep grade

这次 LAB 一共有五个实验，如下：

sleep 简单
pingpong 简单
prime 困难
find 中等
xargs 中等

我们开始吧

任务1：完成 sleep 作业 (完成)

根据 LAB 网页要求，添加一个 sleep 命令，实现 sleep 10 能暂停 10 秒即可
在这里插入图片描述

这部分涉及到的源码其实很多，比如：
1.sleep 如何被编译进 fs.img
2.timer是怎么计数的
3.内核怎么切换进用户态，把 sleep 加载从磁盘加载进内存等等

但如果要把这些代码都看懂再开始做，那就太久了，这也不是我们平时做科研和工程的方式。

坚持使用最小的代价完成任务，等所有 LABS 做完，再去查漏补缺，或许这才是做 xv6 实验的正确方式。

但我们最好尽量不看讲义，毕竟现实的科研和工程没有讲义，只有一个 TARGET

现在的目标很明确，就是添加一个 sleep 命令。

首先，我们有和 sleep 命令相同的命令，比如 ls 命令，执行效果如下：
在这里插入图片描述

由于 sleep 命令和 ls 命令都是用户程序，那么参考 ls 命令的实现方式一定对我们实现 sleep 命令大有帮助，我们先看 ls.c 文件

可以在 user/ls.c 看到 ls 命令实现细节，如下：

#include "kernel/types.h"
#include "kernel/stat.h"
#include "user/user.h"
#include "kernel/fs.h"
#include "kernel/fcntl.h"char*
fmtname(char *path)
{static char buf[DIRSIZ+1];char *p;// Find first character after last slash.for(p=path+strlen(path); p >= path && *p != '/'; p--);p++;// Return blank-padded name.if(strlen(p) >= DIRSIZ)return p;memmove(buf, p, strlen(p));memset(buf+strlen(p), ' ', DIRSIZ-strlen(p));return buf;
}void
ls(char *path)
{char buf[512], *p;int fd;struct dirent de;struct stat st;if((fd = open(path, O_RDONLY)) < 0){fprintf(2, "ls: cannot open %s\n", path);return;}if(fstat(fd, &st) < 0){fprintf(2, "ls: cannot stat %s\n", path);close(fd);return;}switch(st.type){case T_DEVICE:case T_FILE:printf("%s %d %d %l\n", fmtname(path), st.type, st.ino, st.size);break;case T_DIR:if(strlen(path) + 1 + DIRSIZ + 1 > sizeof buf){printf("ls: path too long\n");break;}strcpy(buf, path);p = buf+strlen(buf);*p++ = '/';while(read(fd, &de, sizeof(de)) == sizeof(de)){if(de.inum == 0)continue;memmove(p, de.name, DIRSIZ);p[DIRSIZ] = 0;if(stat(buf, &st) < 0){printf("ls: cannot stat %s\n", buf);continue;}printf("%s %d %d %d\n", fmtname(buf), st.type, st.ino, st.size);}break;}close(fd);
}int
main(int argc, char *argv[])
{int i;if(argc < 2){ls(".");exit(0);}for(i=1; i<argc; i++)ls(argv[i]);exit(0);
}

可以看到 ls 命令的实现中使用了类似 open，exit，close 这样的系统调用 API，如果我们代码跟踪进去，应该就能看到 xv6 目前所有支持的系统调用 API

从 open 跟踪进去，可以看到在 user/user.h 中定义的一堆 API

struct stat;// system calls
int fork(void);
int exit(int) __attribute__((noreturn));
int wait(int*);
int pipe(int*);
int write(int, const void*, int);
int read(int, void*, int);
int close(int);
int kill(int);
int exec(const char*, char**);
int open(const char*, int);
int mknod(const char*, short, short);
int unlink(const char*);
int fstat(int fd, struct stat*);
int link(const char*, const char*);
int mkdir(const char*);
int chdir(const char*);
int dup(int);
int getpid(void);
char* sbrk(int);
int sleep(int);
int uptime(void);// ulib.c
int stat(const char*, struct stat*);
char* strcpy(char*, const char*);
void *memmove(void*, const void*, int);
char* strchr(const char*, char c);
int strcmp(const char*, const char*);
void fprintf(int, const char*, ...);
void printf(const char*, ...);
char* gets(char*, int max);
uint strlen(const char*);
void* memset(void*, int, uint);
void* malloc(uint);
void free(void*);
int atoi(const char*);
int memcmp(const void *, const void *, uint);
void *memcpy(void *, const void *, uint);

可以看到，这是 xv6 提供给用户程序的系统调用，以及一些用户态库函数

在 23 行惊讶地发现，xv6 已经提供了 sleep() 系统调用 API，那我估计这事儿应该很容易完成

直接在 user/ 文件夹下添加一个 sleep.c 文件，代码如下：

#include "kernel/types.h" // user.h 自定义了数据类型
#include "user/user.h"int
main(int argc, char *argv[])
{if(argc != 2){fprintf(2, "usage: sleep [seconds]\n");exit(1);}sleep(atoi(argv[1]));exit(0);}

由于这是一个新的 C 文件，并没有在 Makefile 里添加依赖，那么很自然的想要在 Makefile 里做对应的修改。首先在 Makefile 里搜索 ls，在 Makefile : 174 找到对应的 UPROGS 用户程序列表，我们把 sleep 添加进去，如下：

UPROGS=\$U/_cat\$U/_echo\$U/_forktest\$U/_grep\$U/_init\$U/_kill\$U/_ln\$U/_ls\$U/_mkdir\$U/_rm\$U/_sh\$U/_stressfs\$U/_usertests\$U/_grind\$U/_wc\$U/_zombie\$U/_sleep\

运行 make qemu，运行 sleep 10 看看效果
在这里插入图片描述

sleep 10 确实停留了一小会儿，但不到两秒就结束了。观察 MIT6.S081 讲义，也没有说停留多久，只是说停留一小会儿

我们跑跑测试看看
在这里插入图片描述

测试通过，这个真是出乎意料的简单。

让我们提升一下难度，研究为什么这个 sleep 10 仅仅持续了不到2秒就结束 -------- start

这部分涉及的代码和知识点也有点多，反正 xv6 实验讲义也没要求，先 skip 吧。过完实验再回来思考

让我们提升一下难度，研究为什么这个 sleep 10 仅仅持续了不到2秒就结束 -------- end

任务2：完成 pingpong 作业（完成）

这个作业很简单，就是使用 fork, pipe, getpid, write, read 等系统调用实现一个 “两个进程通过导管来回传输字符” 的例子。

代码如下：

#include "kernel/types.h" // user.h 自定义了数据类型
#include "user/user.h"int main() {int ftoc[2]; // 管道1：父进程到子进程int ctof[2]; // 管道2：子进程到父进程// 0 是读端，1是写端// 创建管道if (pipe(ftoc) == -1 || pipe(ctof) == -1) {fprintf(2, "error: create pipe\n");exit(1);}int pid = fork();if (pid < 0) {fprintf(2, "error: fork\n");exit(1);}if (pid == 0) { // 子进程// 子进程 pidint child_pid = getpid();// 从父进程读取一个字节char receivemsg = '\0';read(ftoc[0], &receivemsg, 1);printf("%d: received ping\n", child_pid);printf("%d: received %c\n", child_pid, receivemsg);// 向父进程发送一个字节char sendmsg = 'B'; // 发送的字节write(ctof[1], &sendmsg, 1);close(ftoc[0]); // 关闭父到子管道的读端close(ftoc[1]); // 关闭父到子管道的写端close(ctof[0]); // 关闭子到父管道的读端close(ctof[1]); // 关闭子到父管道的写端exit(0);} else { // 父进程// 父进程 pidint father_pid = getpid();// 向子进程发送一个字节char sendmsg = 'A'; // 发送的字节write(ftoc[1], &sendmsg, 1);// 从子进程读取一个字节char receivemsg = '\0';read(ctof[0], &receivemsg, 1);printf("%d: received pong\n", father_pid);printf("%d: received %c\n", father_pid, receivemsg);close(ftoc[0]); // 关闭父到子管道的读端close(ftoc[1]); // 关闭父到子管道的写端close(ctof[0]); // 关闭子到父管道的读端close(ctof[1]); // 关闭子到父管道的写端exit(0);}exit(0);
}