【OS Pintos】用户程序是如何工作的 | Pintos 运行原理 | 虚拟内存 | 页函数 | 系统调用

~/pintos/src/userprog $ 
pintos --filesys-size=2 -p ../examples/echo -a echo -- -f -q run 'echo x'

~/pintos/src/userprog $ 
pintos --filesys-size=2 -p ../examples/echo -a echo -- -f -q run 'echo x'

~/pintos/src/userprog $ 
pintos --filesys-size=2 -p ../examples/echo -a echo -- -f -q run 'echo x'

$ pintos --filesys-size=2 -p ../examples/echo -a echo -- -f -q run 'echo x'

/* 運行 */
run_actions(argv);
/* 終了 */
shutdown();
thread_exit();

run_actions(char** argv   )
{
    /* An action */
    struct action {
        char* name;
        int argc;
        void(*function) (char ** argv);
    };
    /* Table of supported actions. */
    static const struct action actions[] = {
        {"run", 2, run_task},
#ifdef FILESYS
        {"ls", 1, fsutil_ls},

while(*argv != NULL) {
        const struct action* a;
        int i;
        /* Find action name. */
        for (a = actions; ; a++)
            if (a->name == NULL)
                PANIC("unknow action");
        else if (!strcmp(*argv, a->name))
            break;
    /* Check for required arguments. */
    for (i = 0; i < a->argc; i++) 
        if (argv[i] == NULL)
            PANIC("action");
    /* Invoke action and advance. */
    a->function(argv);
    argv += a->argc;
}

static void run_task (char** argv) 
{
    const char* task = argv[1];
    printf("Excuting '%s': \n", task);
#ifdef USERPROG
    process_wait (process_execute(task));
#else
    run_test(test);
#endif
    printf("Execution of '%s' complete.\n", task);
}

tid_t process_execute ( 
    const char* file_name
    ) 
{
    char* fn_copy;
    tid_t tid;
    /* Make a copy of FILE_NAME.
        Otherwise there's a race between the caller and load(). */
    fn_copy = palloc_get_page(0);
    if (fn_copy == NULL)
        return TID_ERROR;
    strlcpy(fn_copy, file_name, PGSIZE);
    /* Create a new thread to execute FILE_NAME. */
    tid = thread_create (file_name, PRI_DEFAULT, start_process, fn_copy);
    if (tid == TID_ERROR)
        palloc_free_page (fncopy);
    return tid;
}

$ pintos --filesys-size=2 -p ../examples/echo -a echo -- -f -q run 'echo x'
         👆               👆
        多字符选项       单字符选项

$ pintos --filesys-size=2 -p ../examples/echo -a echo -- -f -q run 'echo x'
                                                      👆
                                    [Pintos选项]     分隔符      [内核参数]

is_user_vaddr()     // 检查给定的虚拟地址是否是用户虚拟地址
is_kernel_vaddr()   // 检查给定的虚拟地址是否是内核虚拟地址
ptov()    // 将物理地址转换为内核虚拟地址
vtop()    // 将内核虚拟地址转换为物理地址

palloc_get_page()    // 从用户或内核内存池中获取页

pagedir_create()    // 创建页表
pagedir_get_page()  // 查询页面目录中与用户虚拟地址相对应的物理地址
pagedir_set_page()  // 在页面目录中添加从用户虚拟地址到物理页面的映射

#include <stdio.h>
#include <syscall.h>
int main(int argc, char* argv[]) 
{
    bool success = true;
    int i;
    for (i = 1; i < argc; i++)
    {
        int fd = open(argv[i]);
        if (fd < 0) 
        {
            printf("%s: open failed\n", argv[i]);
            success = false;
            continue;
        }

int open(const char* file)
{
    return syscall1 (SYS_OPEN, file);
}

/* Invokes syscall NUMBER, passing argument ARGO, and returns the 
   return value as and 'int'.  */
#define syscall1(NUMBER, ARG0)                                              \
   ( 
          int retval;                                                       \
          asm volatile
              ("pushl %[arg0]; pushl %[number]; int $0x30; addl $8, %%esp"  \
                                     // 从系统调用处理程序返回后，恢复栈指针。
                  : "=aa" (retval)
                  : [number] "i" (NUMBER),                                  \
                    [arg0] "g" (ARG0)                                       \
                  : "memory");                                              \
              retval;                                                       \
   } )

.func intr_entry
intr_entry:
    /* 保存调用者的寄存器 */
    pushl %ds
    pushl %es
    pushl %fs
    pushl %gs
    pushal
    /* 设置内核环境 */
    cld                     // 字符串指令向上走
    mov $SEL_KDSEG, %eax    // 初始化段寄存器 
    mov %eax, %ds
    mov %eax, %es
    leal 56(%esp), %edp     // 设置框架指针
    /* 调用中断处理程序 */
    push %esp
.glovl intr_handler
    call intr_handler       // Call interrupt handler
    andl $4, %esp
.endfunc

void intr_handler(struct intr_frame* frame)
{
    bool external;
    intr_handler_func* handler;
    /* 外部中断很特别
       我们一次只能处理一个（所以中断必须关闭)
       而且它们需要在PIC上被确认（见下文)
       一个外部中断处理程序无法休眠。  */
    external = frame->vec_no >= 0x20 && frame->vec_no < 0x30;
    if (external) 
    {
        ASSERT (intr_get_level() == INTR_OFF);
        ASSERT (!intr_context());
        in_external_intr = true;
        yield_on_retrun = false;
    }
    /* 启用中断处理程序 */
    handler = intr_handlers[frame->vec_no];
    if (handler != NULL)
        handler(frame);

static void syscall_handler(struct intr_frame* f UNUSED)
{
    printf("system call!\n");
    thread_exit();
}

struct intr_frame
{
    /* 由intr-stubs.S中的 intr_entry 推送，
       这些是保存被中断任务的寄存器。 */
    uint32_t ebx;       // 保存EBX
    unit32_t edx;       // 保存EDX
    unit32_t ecx;       // 保存ECX
    unit32_t eax;       // 保存EAX
    void* esp;          // 保存栈指针
    uint16_t ss, :16;   // esp的数据段
};

📌 [ 笔者 ]   王亦优
📃 [ 更新 ]   2022.9.24
❌ [ 勘误 ]   /* 暂无 */
📜 [ 声明 ]   由于作者水平有限，本文有错误和不准确之处在所难免，
              本人也很想知道这些错误，恳望读者批评指正！