chapter3练习¶

编程作业¶

获取任务信息¶

在 ch3 中，我们的系统已经能够支持多个任务分时轮流运行，我们希望引入一个新的系统调用 ``sys_trace``（ID 为 410）用来追踪当前任务系统调用的历史信息，并做对应的修改。定义如下。

fn sys_trace(_trace_request: usize, _id: usize, _data: usize) -> isize

调用规范：
- 这个系统调用有三种功能，根据 trace_request 的值不同，执行不同的操作：
- 如果 trace_request 为 0，则 id 应被视作 *const u8 ，表示读取当前任务 id 地址处一个字节的无符号整数值。此时应忽略 data 参数。返回值为 id 地址处的值。
- 如果 trace_request 为 1，则 id 应被视作 *const u8 ，表示写入 data （作为 u8，即只考虑最低位的一个字节）到该用户程序 id 地址处。返回值应为0。
- 如果 trace_request 为 2，表示查询当前任务调用编号为 id 的系统调用的次数，返回值为这个调用次数。本次调用也计入统计 。
- 否则，忽略其他参数，返回值为 -1。
说明：
- 你可能会注意到，这个调用的读写并不安全，使用不当可能导致崩溃。这是因为在下一章节实现地址空间之前，系统中缺乏隔离机制。所以我们 不要求你实现安全检查机制，只需通过测试用例即可 。
- 你还可能注意到，这个系统调用读写本任务内存的功能并不是很有用。这是因为作业的灵感来源 syscall 主要依靠 trace 功能追踪其他任务的信息，但在本章节我们还没有进程、线程等概念，所以简化了操作，只要求追踪自身的信息。

提示

大胆修改已有框架！除了配置文件，你几乎可以随意修改已有框架的内容。
系统调用次数可以考虑在内核态的 syscall 函数中统计。
可以扩展 TaskManagerInner 中的结构来维护新的信息。
不要害怕使用 unsafe 做类型转换，这在内核处理用户调用时是不可避免的。
在实现时，可以把系统调用参数中前缀的下划线去掉，这样更清晰。实验框架之所以这么写，是因为在没有使用对应参数的情况下，Rust 推荐使用下划线前缀以避免警告。

实验要求¶

完成分支: ch3。
实验目录要求

├── os(内核实现)
│   ├── Cargo.toml(配置文件)
│   └── src(所有内核的源代码放在 os/src 目录下)
│       ├── main.rs(内核主函数)
│       └── ...
├── reports (不是 report)
│   ├── lab1.md/pdf
│   └── ...
├── ...

通过所有测例：

CI 使用的测例与本地相同，测试中，user 文件夹及其它与构建相关的文件将被替换，请不要试图依靠硬编码通过测试。

默认情况下，makefile 仅编译基础测例 (BASE=1)，即无需修改框架即可正常运行的测例。你需要在编译时指定 BASE=0 控制框架仅编译实验测例（在 os 目录执行 make run BASE=0），或指定 BASE=2 控制框架同时编译基础测例和实验测例。

如果本地在线编译访问 github 遇到问题，可以对 os/Cargo.toml 中的依赖进行如下替换：

riscv = { git = "https://gitee.com/rcore-os/riscv", features = ["inline-asm"] }
virtio-drivers = { git = "https://gitee.com/rcore-os/virtio-drivers", rev = "4ee80e5" }

注解

你的实现只需且必须通过测例，建议读者感到困惑时先检查测例。

简答作业¶

正确进入 U 态后，程序的特征还应有：使用 S 态特权指令，访问 S 态寄存器后会报错。请同学们可以自行测试这些内容（运行三个 bad 测例 (ch2b_bad_*.rs) ），描述程序出错行为，同时注意注明你使用的 sbi 及其版本。
深入理解 trap.S 中两个函数 __alltraps 和 __restore 的作用，并回答如下问题:
1. L40：刚进入 __restore 时，sp 代表了什么值。请指出 __restore 的两种使用情景。
2. L43-L48：这几行汇编代码特殊处理了哪些寄存器？这些寄存器的的值对于进入用户态有何意义？请分别解释。
```
ld t0, 32*8(sp)
ld t1, 33*8(sp)
ld t2, 2*8(sp)
csrw sstatus, t0
csrw sepc, t1
csrw sscratch, t2
```
3. L50-L56：为何跳过了 x2 和 x4？
```
ld x1, 1*8(sp)
ld x3, 3*8(sp)
.set n, 5
.rept 27
   LOAD_GP %n
   .set n, n+1
.endr
```
4. L60：该指令之后，sp 和 sscratch 中的值分别有什么意义？
```
csrrw sp, sscratch, sp
```
5. __restore：中发生状态切换在哪一条指令？为何该指令执行之后会进入用户态？
6. L13：该指令之后，sp 和 sscratch 中的值分别有什么意义？
```
csrrw sp, sscratch, sp
```
7. 从 U 态进入 S 态是哪一条指令发生的？

报告要求¶

简单总结你实现的功能（200字以内，不要贴代码）。
完成问答题。
加入荣誉准则的内容。否则，你的提交将视作无效，本次实验的成绩将按“0”分计。
推荐markdown文档格式。
(optional) 你对本次实验设计及难度/工作量的看法，以及有哪些需要改进的地方，欢迎畅所欲言。