chapter3练习

  • 本节难度：编程试水

本章任务

  • 注意本节任务最终对应一次 lab 提交。

  • 老规矩，先 make test BASE=1 看下啥情况。

  • 理解框架的多任务加载机制，了解此时用户和内核的大概内存布局。在此基础上，实现本章编程作业 sys_task_info。

  • 最终，完成实验报告并 push 你的 ch3 分支到远程仓库。push 代码后会自动执行 CI，代码给分以 CI 给分为准。

获取任务信息

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_task_info 以获取任务的信息，定义如下：

int sys_task_info(TaskInfo *ti);

  • syscall ID: 410

  • 查询当前正在执行的任务信息，任务信息包括任务控制块相关信息（任务状态）、任务使用的系统调用次数、任务总运行时长。

struct TaskInfo {
    TaskStatus status;
    unsigned int syscall_times[MAX_SYSCALL_NUM];
    int time;
};
  • 参数：

    • ti: 待查询任务信息

  • 返回值：执行成功返回0，错误返回-1

  • 说明：

    • 相关结构已在框架中给出，只需添加逻辑实现功能需求即可。

    • 在我们的实验中，系统调用号一定小于 500，所以直接使用一个长为 MAX_SYSCALL_NUM=500 的数组做桶计数。

    • 我们约定调用 sys_task_info 时对本次系统调用也进行计数，因此返回的 syscall_times 中对 sys_task_info 的计数一定不会是 0。

    • 简单起见运行时间 time 返回系统调用时刻距离任务首次被调度时刻的时长即可；一种更有意义但是难度稍微高一些的做法是返回任务处于 Running 状态的运行时长：包含用户态时间和内核态时间，不包含调度到其他任务的时间。你可以思考下后者如何实现，但是为了通过测例建议使用前者（即考虑 real time）。

    • 我们约定 time 的单位是 ms，为了得到时间可以使用 get_cycle 配合 CPU_FREQ，参考系统调用中 sys_gettimeofday 的实现或许会对你有所启发。

    • 由于查询的是当前任务的状态，因此 TaskStatus 一定是 Running。（助教起初想设计根据任务 id 查询，但是既不好定义任务 id 也不好写测例，遂放弃 QAQ）

  • 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。

    • 程序运行时间可以通过调用 get_time() 获取。

    • 系统调用次数可以考虑在进入内核态系统调用异常处理函数之后，进入具体系统调用函数之前维护。

    • 阅读 proc 的实现，思考如何维护内核控制块信息（可以在控制块可变部分加入其他需要的信息）。

实验要求

  • 完成分支: ch3。

  • 实验目录要求

├── os(内核实现)
│   └── ...
├── 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。

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。

问答作业

  1. 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（参考 前三个测例 ，描述程序出错行为，同时注意注明你使用的 sbi 及其版本。

  2. 请结合用例理解 trampoline.S 中两个函数 userret 和 uservec 的作用，并回答如下几个问题:

    1. L79: 刚进入 userret 时，a0、a1 分别代表了什么值。

    2. L87-L88: sfence 指令有何作用？为什么要执行该指令，当前章节中，删掉该指令会导致错误吗？

      csrw satp, a1
sfence.vma zero, zero

    3. L96-L125: 为何注释中说要除去 a0？哪一个地址代表 a0？现在 a0 的值存在何处？

      # restore all but a0 from TRAPFRAME
ld ra, 40(a0)
ld sp, 48(a0)
ld t5, 272(a0)
ld t6, 280(a0)

    4. userret：中发生状态切换在哪一条指令？为何执行之后会进入用户态？

    5. L29： 执行之后，a0 和 sscratch 中各是什么值，为什么？

      csrrw a0, sscratch, a0

    6. L32-L61: 从 trapframe 第几项开始保存？为什么？是否从该项开始保存了所有的值，如果不是，为什么？

      sd ra, 40(a0)
sd sp, 48(a0)
...
sd t5, 272(a0)
sd t6, 280(a0)

    7. 进入 S 态是哪一条指令发生的？

    8. L75-L76: ld t0, 16(a0) 执行之后，`t0`中的值是什么，解释该值的由来？

    ld t0, 16(a0)
jr t0

报告要求

  • pdf 格式，CI 网站提交，注明姓名学号。

  • 注意目录要求，报告命名 lab1.md 或 lab1.pdf，位于 reports 目录下。命名错误视作没有提交。后续实验同理。

  • 简单总结本次实验你新添加的代码。

  • 完成问答问题。

  • [可选，不占分]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。

警告

请勿抄袭，报告会进行抽样查重！