添加lab2解析

SUMMARY.md

@@ -106,6 +106,7 @@
   * [Lab11: Network](labs/requirements/lab11.md)
 * [实验解析](labs/answers/summary.md)
   * [Lab1: Util](labs/answers/lab1.md)
+  * [Lab2: Syscall](labs/answers/lab2.md)
   * [Lab4: Traps](labs/answers/lab4.md)
   * [Lab5: Xv6 lazy page allocation](labs/answers/lab5.md)
   * [Lab6: Copy-on-Write Fork for xv6](labs/answers/lab6.md)

labs/answers/lab2.md

@@ -0,0 +1,177 @@
+# lab2: syscall
+
+## trace
+
+本实验主要是实现一个追踪系统调用的函数，那么首先根据提示定义`trace`系统调用，并修复编译错误。
+
+首先看一下*user/trace.c*的内容，主要的代码如下
+
+```c
+if (trace(atoi(argv[1])) < 0) {
+    fprintf(2, "%s: trace failed\n", argv[0]);
+    exit(1);
+}
+for(i = 2; i < argc && i < MAXARG; i++){
+    nargv[i-2] = argv[i];
+}
+exec(nargv[0], nargv);
+```
+
+它首先调用`trace(int)`，然后将命令行中的参数`argv`复制到`nargv`中，同时删去前两个参数，例如
+
+```text
+argv  = trace 32 grep hello README
+nargv = grep hello README
+```
+
+那么，根据提示，我们首先再`proc`结构体中添加一个数据字段，用于保存`trace`的参数。并在`sys_trace()`的实现中实现参数的保存
+
+```c
+// kernel/proc.h
+struct proc {
+  // ...
+  int trace_mask;    // trace系统调用参数
+};
+
+// kernel/sysproc.c
+uint64
+sys_trace(void)
+{
+  // 获取系统调用的参数
+  argint(0, &(myproc()->trace_mask));
+  return 0;
+}
+```
+
+接下来应当考虑如何进行系统调用追踪了，根据提示，这将在`syscall()`函数中实现。下面是实现代码，需要注意的是条件判断中使用了`&`而不是`==`，这是因为在实验说明书的例子中，`trace 2147483647 grep hello README`将所有31个低位置为1，使得其可以追踪所有的系统调用。
+
+```c
+void
+syscall(void)
+{
+  int num;
+  struct proc *p = myproc();
+
+  num = p->trapframe->a7;  // 系统调用编号，参见书中4.3节
+  if(num > 0 && num < NELEM(syscalls) && syscalls[num]) {
+    p->trapframe->a0 = syscalls[num]();  // 执行系统调用，然后将返回值存入a0
+
+    // 系统调用是否匹配
+    if ((1 << num) & p->trace_mask)
+      printf("%d: syscall %s -> %d\n", p->pid, syscalls_name[num], p->trapframe->a0);
+  } else {
+    printf("%d %s: unknown sys call %d\n",
+            p->pid, p->name, num);
+    p->trapframe->a0 = -1;
+  }
+}
+```
+
+在上面的代码中，我们还有一些引用的变量尚未定义，在*syscall.c*中定义他们
+
+```c
+// ...
+extern uint64 sys_trace(void);
+
+static uint64 (*syscalls[])(void) = {
+// ...
+[SYS_trace]   sys_trace,
+};
+
+static char *syscalls_name[] = {
+[SYS_fork]    "fork",
+[SYS_exit]    "exit",
+[SYS_wait]    "wait",
+[SYS_pipe]    "pipe",
+[SYS_read]    "read",
+[SYS_kill]    "kill",
+[SYS_exec]    "exec",
+[SYS_fstat]   "fstat",
+[SYS_chdir]   "chdir",
+[SYS_dup]     "dup",
+[SYS_getpid]  "getpid",
+[SYS_sbrk]    "sbrk",
+[SYS_sleep]   "sleep",
+[SYS_uptime]  "uptime",
+[SYS_open]    "open",
+[SYS_write]   "write",
+[SYS_mknod]   "mknod",
+[SYS_unlink]  "unlink",
+[SYS_link]    "link",
+[SYS_mkdir]   "mkdir",
+[SYS_close]   "close",
+[SYS_trace]   "trace",
+};
+```
+
+## sysinfo
+
+* 在*kernel/kalloc.c*中添加一个函数用于获取空闲内存量
+
+```c
+struct run {
+  struct run *next;
+};
+
+struct {
+  struct spinlock lock;
+  struct run *freelist;
+} kmem;
+```
+
+内存是使用链表进行管理的，因此遍历`kmem`中的空闲链表就能够获取所有的空闲内存，如下
+
+```c
+void
+freebytes(uint64 *dst)
+{
+  *dst = 0;
+  struct run *p = kmem.freelist; // 用于遍历
+
+  acquire(&kmem.lock);
+  while (p) {
+    *dst += PGSIZE;
+    p = p->next;
+  }
+  release(&kmem.lock);
+}
+```
+
+* 在*kernel/proc.c*中添加一个函数获取进程数
+
+遍历`proc`数组，统计处于活动状态的进程即可，循环的写法参考`scheduler`函数
+
+```c
+void
+procnum(uint64 *dst)
+{
+  *dst = 0;
+  struct proc *p;
+  for (p = proc; p < &proc[NPROC]; p++) {
+    if (p->state != UNUSED)
+      (*dst)++;
+  }
+}
+```
+
+* 实现`sys_sysinfo`，将数据写入结构体并传递到用户空间
+
+```c
+uint64
+sys_sysinfo(void)
+{
+  struct sysinfo info;
+  freebytes(&info.freemem);
+  procnum(&info.nproc);
+
+  // 获取虚拟地址
+  uint64 dstaddr;
+  argaddr(0, &dstaddr);
+
+  // 从内核空间拷贝数据到用户空间
+  if (copyout(myproc()->pagetable, dstaddr, (char *)&info, sizeof info) < 0)
+    return -1;
+
+  return 0;
+}
+```

labs/requirements/lab2.md

@@ -64,7 +64,7 @@ $
 **提示：**
 
 -  在***Makefile***的**UPROGS**中添加`$U/_trace`
-- 运行`make qemu`，您将看到编译器无法编译***user/trace.c***，因为系统调用的用户空间存根还不存在：将系统调用的原型添加到***user/user.h***，存根添加到***user/usys.pl***，以及将系统调用编号添加到***kernel/syscall.h***，***Makefile***调用perl脚本***user/usys.pl***，它生成实际的系统调用存根***user/usys.S***，这个文件中的汇编代码使用RISC-V的`ecall`指令转换到内核。一旦修复了编译问题（*注：如果编译还未通过，尝试先*`*make clean*`*，再执行*`*make qemu*`），就运行`trace 32 grep hello README`；但由于您还没有在内核中实现系统调用，执行将失败。
+- 运行`make qemu`，您将看到编译器无法编译***user/trace.c***，因为系统调用的用户空间存根还不存在：将系统调用的原型添加到***user/user.h***，存根添加到***user/usys.pl***，以及将系统调用编号添加到***kernel/syscall.h***，***Makefile***调用perl脚本***user/usys.pl***，它生成实际的系统调用存根***user/usys.S***，这个文件中的汇编代码使用RISC-V的`ecall`指令转换到内核。一旦修复了编译问题（*注：如果编译还未通过，尝试先`make clean`，再执行`make qemu`*），就运行`trace 32 grep hello README`；但由于您还没有在内核中实现系统调用，执行将失败。
 - 在***kernel/sysproc.c***中添加一个`sys_trace()`函数，它通过将参数保存到`proc`结构体（请参见***kernel/proc.h***）里的一个新变量中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，您可以在***kernel/sysproc.c***中看到它们的使用示例。
 - 修改`fork()`（请参阅***kernel/proc.c***）将跟踪掩码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。您将需要添加一个系统调用名称数组以建立索引。