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Xv6 and Unix utilities ​

Boot xv6 (easy) ​

使用 Ubuntu 20.04 ，安装需要的工具

sudo apt-get install git build-essential gdb-multiarch qemu-system-misc gcc-riscv64-linux-gnu binutils-riscv64-linux-gnu

部署 xv6

git clone git://g.csail.mit.edu/xv6-labs-2021
...
cd xv6-labs-2021
git checkout util

这里使用 ls 就可以看到 xv6 的源码了。
接下来执行 make qemu 就会编译运行 xv6 了。

使用 Ctrl-a x 就可以退出 xv6 （按住 Ctrl 按下 a ，松开 Ctrl 和 a ，按下 x）。

sleep (easy) ​

实现一个 sleep 接口。

实验思路

  1. 参考 user 下的其他程序，将头文件引入，(kernel/types.h 声明类型的头文件， user/user.h 声明系统第哦啊用的头文件，ulib.c 声明工具的头文件)
  2. 写 int main(int argc, char* argv[]) 函数。其中，参数 argc 是所有参数的个数，argv[] 是参数的内容，第 0 个参数是程序的全名，其他的是用户输入的其他参数
  3. 先判断用户输入的参数是否正确，只要参数不等于 2 个，就知道用户输入的参数是有错误的，就可以打印返回错误信息。参考 user/echo.c ，可以使用 fprintf() 函数打印错误信息，最后需要调用 exit(1)，0 表示正常，1 表示异常。
  4. 剩下的就是参数没有问题的情况，由于接收的是字符类型，所以应该先用 atoi() 函数将字符转换为整数，调用系统调用 sleep() 函数，最后调用系统调用 exit(0) 退出
  5. 在 Makefile 中添加配置，在 UPROGS 的最后一行添加 $U/_sleep\

pingpong (easy) ​

实现一个 pingpong 接口。

实验思路

  1. 按照实验目的的思路，先使用 pipe 来创建管道，由于管道是半双工的，因此需要创建两个管道，一个是父进程向子进程发送字节，一个是子进程向父进程发送字节，其中 p[0] 是读端， p[1] 是写端
  2. 通过 fork 建立子进程，通过阅读 xv6文档可知，对于父进程， fork 会返回父进程的 pid ，同时创建并返回一个 pid 是 0 子进程；让父进程通过管道发送 "ping" 给子进程，然后使用 read 开始读取来自子进程的 pong
  3. 当子进程使用 read 读取管道，读取到父进程发送的 "ping" 时，通过 getpid 获取 "pid" ，然后打印出 "<pid>: received ping" ，之后使用 write 发送 "pong" 给父进程，最后退出子进程
  4. 当父进程读取到子进程的发送的 pong 时，打印出 "<pid>: received pong"

primes (moderate)/(hard) ​

实现一个多进程并发打印素数的接口。

实验思路

  1. 首先看链接中的图，可以看出，数字全部输入到第一条管道，然后打印出 2 ，然后将所有 2 的倍数都剔除，接着把被剔除的数字全部输入到下一条管道，第二个进程打印的管道传输来的第一个数字 3 ，然后将所有 3 的倍数剔除，以此类推
  2. 看图片上面的伪代码，首先 p 从左边的管道获取到一个数字，打印 p ，循环，n 从左边的的管道获取一个数字，如果 p 不能整除 n ，则将 n 发送到右边的管道
  3. 代码思路，main 函数中，使用 fork 生成父子进程，使用子进程调用一个 primes 函数，父进程利用管道将数字传输给子进程，子进程将读管道传输给 primes 函数
  4. primes 函数打印当前数字，生成一个用于父子传递的管道，对应提示网站的右边的传输，然后再使用 fork() 生成父子进程，然后子进程递归调用 primes函数，父进程接口读取参数中传来的数据，筛选完后发送给子进程

踩到的坑

  • 一定一定一定要记得把不需要还有用完的文件描述符关掉

    对于管道读操作，如果没有数据写入，会出现阻塞，直到有数据写入
    对于管道读操作，如果所有写端被关闭时，read() 会返回 0 (EOF)
    对于管道写操作，缓冲区满的时候，会出现阻塞，直到有空间写入
    对于管道写操作，如果所有读端被关闭时，会触发 SIGPIPE 信号（默认中止进程）

find (moderate) ​

写一个简单的版本的 UNIX 的查找程序：找到目录中所有带特定名称的文件。

实验思路

  1. 根据提示，先看一下 user/ls.c 是如何读取目录的，使用 open() 打开路径会返回一个文件描述符，使用 fstat() 获取路径信息；然后读取路径类型，如果路径是文件，直接打印，如果是文件夹，判断一下路径是否太长，太长直接返回错误，否则循环读取，每次读一个文件或文件夹，如果文件夹的 inodenum 是 0 ，说明这个文件失效了，直接跳过，接着将文件名复制到路径后面，再在路径末尾新增一个空字符串，最后格式化打印
  2. 先遍历当前目录的所有文件，查找出文件名带有目标字符的文件，如果找到直接打印，如果找到文件夹，就递归查找

xargs (moderate) ​

写一个简单版本的 UNIX 的 xargs 程序：从标准输入中读取行数，并为每一行运行一条命令，同时将行数作为参数提供给命令

实验思路

  1. 进行参数校验，如果大于 MAXARG ，直接返回错误
  2. 通过 read() 读取文件描述 0 ，可以读取到管道传递的数据。系统调用循环读取输入，直到遇到 EOF(文件结束符) ，需要开辟新的内存来存储读取到的参数，同时将所有的参数存储到一个指针数组中，但是不可以使用 main() 里的 argv[] ，因为容量不是固定的
  3. 最后，使用 fork() ，创建一个子进程，在子进程中调用 exec() ，父进程一定要使用 wait() 等待子进程执行结束再退出

扩展
至于为什么要使用子进程，我也很好奇，问了一下 ds ，原因如下

防止某个命令会修改环境变量，导致后续的操作逻辑出错
如果不使用子进程，不能实现并行执行
如果有多命令时，单个命令出错会导出整个 xargs 程序崩溃

踩到的坑

  • 头文件顺序对编译会有影响，user/user.h 不能第一个引入，否则会编译出错

Lab1 所有实现测试 ​

执行 make grade

== Test sleep, no arguments == 
$ make qemu-gdb
sleep, no arguments: OK (2.8s) 
== Test sleep, returns == 
$ make qemu-gdb
sleep, returns: OK (0.7s) 
== Test sleep, makes syscall == 
$ make qemu-gdb
sleep, makes syscall: OK (1.0s) 
== Test pingpong == 
$ make qemu-gdb
pingpong: OK (1.0s) 
== Test primes == 
$ make qemu-gdb
primes: OK (0.9s) 
== Test find, in current directory == 
$ make qemu-gdb
find, in current directory: OK (1.0s) 
== Test find, recursive == 
$ make qemu-gdb
find, recursive: OK (1.2s) 
== Test xargs == 
$ make qemu-gdb
xargs: OK (1.1s) 
== Test time == 
time: FAIL 
    Cannot read time.txt
Score: 99/100
make: *** [Makefile:237: grade] Error 1

最后一个出错了，搜索了一下参考链接，只需要在 xv6-labs-2020 的目录下新建一个 time.txt 文件，然后在里面输入一个整数就可以了。应该是 mit 的老师用来了解学生的进度的

== Test xargs == 
$ make qemu-gdb
xargs: OK (1.2s) 
== Test time == 
time: OK 
Score: 100/100