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f72a91fdf7
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@ -0,0 +1,39 @@
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# System Call
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System Call即系统调用（以下简称syscall），用于在用户程序中执行一些特权模式下才能完成的操作（如I/O操作）。
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对于处理器而言，syscall是一种同步发生的事件，在基于RISC-V的操作系统中由`ecall`指令（Environment Call）产生。
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当系统调用事件结束后，处理器将返回到ecall指令的下一条指令继续执行。
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原版xv6的文档将“system call”、“exception”和“(device) interrupt”统称为“trap”。
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在RISC-V指令集手册的1.6节中，对“exception”、“interrupt”和“trap”的定义是这样的：
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> We use the term <u>*exception*</u> to refer to an unusual condition occurring at run time associated with
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an instruction in the current RISC-V hart. We use the term <u>*interrupt*</u> to refer to an external
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asynchronous event that may cause a RISC-V hart to experience an unexpected transfer of control.
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We use the term <u>*trap*</u> to refer to the transfer of control to a trap handler caused by either an
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exception or an interrupt.
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从这个角度来看，trap在RISC-V的语境下指的是控制权的转换，也就是特权级的转换。这可能与我们平常使用的术语有一定出入，需要注意。
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## 在RISC-V中请求系统调用
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在RISC-V的用户程序中，使用`ecall`指令请求syscall。操作系统提供不同功能的syscall，对应不同的请求调用号。
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因此请求前，需要向`a7`寄存器中写入所请求的syscall的调用号。以下为一个请求8号调用的例子：
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```
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li a7, 8
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ecall
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```
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## 系统调用的处理过程
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Syscall涉及到特权态的转换，需要经过trap过程。对于用户程序而言，一般是从用户模式（U模式）陷入到监管模式（S模式）。
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我们知道，操作系统中有中断向量表，保存着处理各类中断的中断例程的入口，syscall的中断处理例程自然也在其中。
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而对于不同类型的调用请求，syscall的处理例程也有相应的系统调用表，保存不同类型的系统调用功能函数的入口。
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根据用户事先写入寄存器的系统调用号，syscall的处理例程调用相应的功能函数，完成系统调用，随后返回至原先的特权态。
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# 参考文档
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+ [*xv6: a simple, Unix-like teaching operating system*](https://pdos.csail.mit.edu/6.S081/2020/xv6/book-riscv-rev1.pdf)
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+ [*The RISC-V Instruction Set Manual Volume I: Unprivileged ISA*](https://github.com/riscv/riscv-isa-manual/releases/download/draft-20210212-c879d5a/riscv-spec.pdf)
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+ [《RISC-V手册——一本开源指令集的指南》](http://riscvbook.com/chinese/RISC-V-Reader-Chinese-v2p1.pdf)
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@ -0,0 +1,8 @@
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# 进程管理
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## 自旋锁
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讨论进程管理，就必须先搞懂自旋锁。
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1. 为了避免死锁，加锁和释放锁中涉及开关中断，为了保证释放锁之后与加锁之前的中断使能标志保持一致，需要保存加锁之前关中断时的中断使能状态，在释放锁之后开中断时将中断使能恢复到之前所保存的状态。(即封装之后的push_off()和pop_off())
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2. 由于现代编译器的代码优化和指令重排以及现代CPU的乱序执行(Out-of-Order Execution)，在上锁期间需要额外的操作来保证读写操作的顺序一致性，在RISC-V中可以用__sync_synchronize指令来保证严格的执行顺序。（注：关于这个问题可以具体参考[这篇文章](https://www.0xffffff.org/2017/02/21/40-atomic-variable-mutex-and-memory-barrier/)）
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@ -1,43 +1,3 @@
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+ [System Call的执行](#Syscall在xv6-k210中的实现与执行)
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+ [System Call的添加](#如何在xv6-k210中添加syscall)
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# System Call
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System Call即系统调用（以下简称syscall），用于在用户程序中执行一些特权模式下才能完成的操作（如I/O操作）。
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对于处理器而言，syscall是一种同步发生的事件，在基于RISC-V的操作系统中由`ecall`指令（Environment Call）产生。
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当系统调用事件结束后，处理器将返回到ecall指令的下一条指令继续执行。
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原版xv6的文档将“system call”、“exception”和“(device) interrupt”统称为“trap”。
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在RISC-V指令集手册的1.6节中，对“exception”、“interrupt”和“trap”的定义是这样的：
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> We use the term <u>*exception*</u> to refer to an unusual condition occurring at run time associated with
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an instruction in the current RISC-V hart. We use the term <u>*interrupt*</u> to refer to an external
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asynchronous event that may cause a RISC-V hart to experience an unexpected transfer of control.
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We use the term <u>*trap*</u> to refer to the transfer of control to a trap handler caused by either an
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exception or an interrupt.
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从这个角度来看，trap在RISC-V的语境下指的是控制权的转换，也就是特权级的转换。这可能与我们平常使用的术语有一定出入，需要注意。
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## 在RISC-V中请求系统调用
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在RISC-V的用户程序中，使用`ecall`指令请求syscall。操作系统提供不同功能的syscall，对应不同的请求调用号。
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因此请求前，需要向`a7`寄存器中写入所请求的syscall的调用号。以下为一个请求8号调用的例子：
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```
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li a7, 8
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ecall
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```
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## 系统调用的处理过程
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Syscall涉及到特权态的转换，需要经过trap过程。对于用户程序而言，一般是从用户模式（U模式）陷入到监管模式（S模式）。
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我们知道，操作系统中有中断向量表，保存着处理各类中断的中断例程的入口，syscall的中断处理例程自然也在其中。
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而对于不同类型的调用请求，syscall的处理例程也有相应的系统调用表，保存不同类型的系统调用功能函数的入口。
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根据用户事先写入寄存器的系统调用号，syscall的处理例程调用相应的功能函数，完成系统调用，随后返回至原先的特权态。
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# Syscall在xv6-k210中的实现与执行
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Syscall是如何实现与执行的呢？以下从用户程序出发，分析在xv6-k210中系统调用的过程。
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@ -202,101 +162,3 @@ static uint64 (*syscalls[])(void) = {
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# 如何在xv6-k210中添加syscall
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了解了Syscall在xv6-k210中的执行过程，为系统添加一个新的syscall功能就不是什么难事了。添加新系统调用的步骤如下：
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1. 在xv6-uesr目录下
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+ 在uesr.h文件中，添加新系统调用封装后的函数声明，假设其函数名为`mysyscall`。
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+ 在usys.pl文件末尾，添加如下行：
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||||
```perl
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......
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entry("mysyscall");
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```
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2. 在kernel目录下
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+ 在include/syscall.h文件中，添加新系统调用号的宏定义：
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```C
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||||
......
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||||
#define SYS_mysyscall ?
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```
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||||
其中，“?”为新的合法系统调用号，本质上是一个数组下标，可根据需要设置，建议按顺序递增添加。
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+ 在syscall.c文件中，添加功能函数的声明，并更新系统调用表：
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```C
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||||
......
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||||
extern uint64 sys_mysyscall(void);
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||||
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||||
static uint64 (*syscalls[])(void) = {
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||||
......
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||||
[SYS_mysyscall] sys_mysyscall,
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||||
};
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```
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3. 根据该系统调用的功能，选择一个适合的内核模块的源文件，在其中实现`sys_mysyscall`函数的功能。
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||||
例如，与文件相关的系统调用可以在kernel/sysfile.c中添加。
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||||
可以利用syscall.c文件中提供的相关函数，在`sys_mysyscall`中获取用户进程传递的参数。
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||||
下面给出一个更具体的例子。在我们的移植工作中，我们需要测试用户进程的运行，使其向屏幕进行输出。
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||||
但当时用户态尚未支持`printf`函数，我们便通过系统调用，在S态进行一些输出。为此，我们需要添加一个`test_proc`函数。
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||||
首先，我们在xv6-uesr/uesr.h文件中添加函数声明，为用户程序添加调用接口：
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```C
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||||
int test_proc(void);
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```
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||||
在xv6-uesr/usys.pl中添加行:
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```perl
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||||
entry("test_proc");
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||||
```
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||||
随后修改内核，在kernel/include/syscall.h中添加调用号，调用号可以自行选择，这里我们选择22，表示第22个系统调用。
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```C
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||||
#define SYS_test_proc 22
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```
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||||
最后，在kernel/include/syscall.c中修改系统调用表，以及添加函数`sys_test_proc`：
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```C
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||||
extern uint64 sys_test_proc(void);
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||||
static uint64 (*syscalls[])(void) = {
|
||||
......
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||||
[SYS_test_proc] sys_test_proc,
|
||||
};
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||||
|
||||
uint64 sys_test_proc(void) {
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||||
printf("hello world from proc %d, hart %d\n", myproc()->pid, r_tp());
|
||||
return 0;
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}
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```
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至此，我们就已经成功添加了一个系统调用。在用户程序中可以使用这个系统调用，例如以下的用户程序实例：
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```C
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#include "kernel/include/types.h"
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#include "kernel/include/stat.h"
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#include "xv6-user/user.h"
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||||
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int main()
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{
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int n = 10;
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while (n--) {
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||||
test_proc();
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||||
}
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||||
exit(0);
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||||
}
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```
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||||
编译运行后的结果如下图所示（编译用户程序的方法详见[此处](./fs.md)）：
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# 参考文档
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+ [*xv6: a simple, Unix-like teaching operating system*](https://pdos.csail.mit.edu/6.S081/2020/xv6/book-riscv-rev1.pdf)
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+ [*The RISC-V Instruction Set Manual Volume I: Unprivileged ISA*](https://github.com/riscv/riscv-isa-manual/releases/download/draft-20210212-c879d5a/riscv-spec.pdf)
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+ [《RISC-V手册——一本开源指令集的指南》](http://riscvbook.com/chinese/RISC-V-Reader-Chinese-v2p1.pdf)
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@ -0,0 +1,90 @@
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# 如何在xv6-k210中添加syscall
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了解了Syscall在xv6-k210中的执行过程，为系统添加一个新的syscall功能就不是什么难事了。添加新系统调用的步骤如下：
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1. 在xv6-uesr目录下
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+ 在uesr.h文件中，添加新系统调用封装后的函数声明，假设其函数名为`mysyscall`。
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+ 在usys.pl文件末尾，添加如下行：
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```perl
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......
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entry("mysyscall");
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```
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2. 在kernel目录下
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+ 在include/syscall.h文件中，添加新系统调用号的宏定义：
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```C
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......
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#define SYS_mysyscall ?
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```
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其中，“?”为新的合法系统调用号，本质上是一个数组下标，可根据需要设置，建议按顺序递增添加。
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+ 在syscall.c文件中，添加功能函数的声明，并更新系统调用表：
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```C
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......
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extern uint64 sys_mysyscall(void);
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static uint64 (*syscalls[])(void) = {
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......
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[SYS_mysyscall] sys_mysyscall,
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};
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```
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3. 根据该系统调用的功能，选择一个适合的内核模块的源文件，在其中实现`sys_mysyscall`函数的功能。
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例如，与文件相关的系统调用可以在kernel/sysfile.c中添加。
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可以利用syscall.c文件中提供的相关函数，在`sys_mysyscall`中获取用户进程传递的参数。
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下面给出一个更具体的例子。在我们的移植工作中，我们需要测试用户进程的运行，使其向屏幕进行输出。
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但当时用户态尚未支持`printf`函数，我们便通过系统调用，在S态进行一些输出。为此，我们需要添加一个`test_proc`函数。
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首先，我们在xv6-uesr/uesr.h文件中添加函数声明，为用户程序添加调用接口：
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```C
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int test_proc(void);
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```
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在xv6-uesr/usys.pl中添加行:
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```perl
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entry("test_proc");
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```
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随后修改内核，在kernel/include/syscall.h中添加调用号，调用号可以自行选择，这里我们选择22，表示第22个系统调用。
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```C
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#define SYS_test_proc 22
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```
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最后，在kernel/include/syscall.c中修改系统调用表，以及添加函数`sys_test_proc`：
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```C
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extern uint64 sys_test_proc(void);
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static uint64 (*syscalls[])(void) = {
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......
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[SYS_test_proc] sys_test_proc,
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};
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uint64 sys_test_proc(void) {
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printf("hello world from proc %d, hart %d\n", myproc()->pid, r_tp());
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return 0;
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}
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```
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至此，我们就已经成功添加了一个系统调用。在用户程序中可以使用这个系统调用，例如以下的用户程序实例：
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```C
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#include "kernel/include/types.h"
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#include "kernel/include/stat.h"
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#include "xv6-user/user.h"
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int main()
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{
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int n = 10;
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while (n--) {
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test_proc();
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}
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exit(0);
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}
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编译运行后的结果如下图所示（编译用户程序的方法详见[此处](./fs.md)）：
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@ -13,7 +13,6 @@
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void freerange(void *pa_start, void *pa_end);
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extern char kernel_end[]; // first address after kernel.
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// defined by k210.ld.
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struct run {
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struct run *next;
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Reference in New Issue