操作系统基础教程pdf（操作系统教程第六版pdf）

系统实验 (基于 xv6)

系统调用 (System Call) 是操作系统向用户程序暴露其核心功能的接口，用户程序只能通过系统调用 (以操作系用所允许的方式) 来向操作系统请求服务。 在本实验中，我们需要为 xv6 添加一个新的系统调用，以此来熟悉操作系统中系统调用的实现及其处理流程。

在进行本次实验之前，请先参考实验页面配置 xv6 的实验环境，并阅读 xv6 book 的 Chapter 2.2～2.3、以及 Chapter 4.1～4.4。

运行如下命令下载实验框架代码，并切换到 分支：

在本次实验中，我们需要为 xv6 实现一个新的系统调用 (Easy System Call Trace)，该系统调用将激活对其调用者的 tracing，并打印追踪到的系统调用信息：

• 参数 指定要追踪的系统调用名称，如果有多个，使用 分隔 (例如 )；如果该参数为 (即空指针)，则默认追踪所有系统调用；
• 参数 指定是否追踪子进程产生的系统调用， 为追踪子进程， 为不追踪子进程；
• 调用成功时返回 ，失败时返回 。

基于上述系统调用，框架代码里提供了一个名为 的命令行工具，可在激活 tracing 的情况下执行给定的应用程序 (源代码见 )。该工具的使用方式为：

其中， 指定要追踪的单个系统调用名称 ，如不指定则默认追踪所有系统调用； 指定是否追踪子进程的系统调用，如果不指定，则默认不追踪子进程； 为要追踪的可执行程序。例如：

在 正确实现的情况下，在 xv6 的 Shell 中执行 时应能观察到如下的输出 (追踪到的每个系统调用都会打印系统调用 ID、相关参数、以及系统调用返回值)：

当激活 tracing 后，对于进程随后产生的每一个系统调用，需要按如下格式进行打印 (注意不要缺少或增加空格)：

其中， 为进程 ID， 为系统调用名称，、 等为系统调用的参数值， 为系统调用的返回值。

xv6 系统调用涉及的参数类型一共有五种 (空、整数、地址、字符串、文件描述符)，不同参数类型分别按如下方式打印：

• 空参数：不打印，例如
• 整数参数：直接打印，例如
• 地址参数：按十六进制打印地址，例如
• 字符串参数：打印字符串，并添加引号，例如
  • 中定义了打印参数的最大长度 ，如果字符串长度超过 ，则只打印字符串的前 个字符，并添加省略号
  • 例如，对于 ， 当 时打印 ；当 时打印
• 文件描述符参数：直接按整型打印文件描述符，例如

一些特殊的情况：

• 对于 系统调用，由于在执行该系统调用之后进程终止、且没有返回值，此时请使用半角问号 来代替返回值；
• 如果输入参数指定了不存在的系统调用，直接忽略即可。例如执行 不会打印任何信息。

在本实验中，对于追踪到的系统调用信息，只需要在 xv6 内核中直接用 进行打印即可，但需要考虑在哪个位置打印更合适。

你可以采用不同的实现方式来完成本实验，但对 xv6 代码的修改应局限于以下文件：

在 xv6 中，当用户程序执行一个系统调用时，会首先执行该系统调用在用户空间的 stub (位于 ，该文件由 生成)，通过汇编代码实现系统调用的参数传递，并最终执行 指令来陷入内核。 这一步骤将依次经过 uservec () 和 usertrap ()，并最终通过 syscall () 来跳转到处理所指定系统调用的具体函数。

为了实现 ，你可以首先考虑跑通上面的系统调用处理流程。例如：

• 如何在 中添加合适的内容来生成 的 stub；
• 如何为 分配一个新的系统调用 ID；
• 如何在内核中获取系统调用参数，并跳转到特定的函数来处理系统调用。

在此基础上，可以再考虑 system call traing 具体功能逻辑的实现。例如：

• 如何在内核中维护特定的数据结构来记录必要信息；
• 如何确定在哪个位置打印系统调用信息更合适。

你可以使用如下测试用例先在本地进行测试 ( 取决于系统的运行情况，但其他内容应该相同)：

1) 追踪 产生的所有系统调用：

2) 追踪 使用 系统调用的情况：

3) 追踪 使用 系统调用的情况，并追踪子进程 (fork() 的返回值是子进程的 pid，因此可能会不同)：

4) 追踪 使用 系统调用的情况，并追踪子进程：