思考题

Thinking 6.1

  • 更改前的代码：

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    int main()
    {
    	switch (fork()) 
        {
    		case -1:
    			break;

    		case 0: /* 子进程 - 作为管道的读者 */
    			close(fildes[1]); /* 关闭不用的写端 */
    			read(fildes[0], buf, 100); /* 从管道中读数据 */
    			printf("child-process read:%s",buf); /* 打印读到的数据 */
    			close(fildes[0]); /* 读取结束，关闭读端 */
    			exit(EXIT_SUCCESS);

    		default: /* 父进程 - 作为管道的写者 */
    			close(fildes[0]); /* 关闭不用的读端 */
    			write(fildes[1], "Hello world\n", 12); /* 向管道中写数据 */
    			close(fildes[1]); /* 写入结束，关闭写端 */
    			exit(EXIT_SUCCESS);
    	}
    }

  • 更改后的代码：将子进程与父进程部分调换即可

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    int main()
    {
    	switch (fork()) 
        {
    		case -1:
    			break;

    		case 0: /* 父进程 - 作为管道的写者 */
    			close(fildes[0]); /* 关闭不用的读端 */
    			write(fildes[1], "Hello world\n", 12); /* 向管道中写数据 */
    			close(fildes[1]); /* 写入结束，关闭写端 */
    			exit(EXIT_SUCCESS);

    		default: /* 子进程 - 作为管道的读者 */
    			close(fildes[1]); /* 关闭不用的写端 */
    			read(fildes[0], buf, 100); /* 从管道中读数据 */
    			printf("child-process read:%s",buf); /* 打印读到的数据 */
    			close(fildes[0]); /* 读取结束，关闭读端 */
    			exit(EXIT_SUCCESS);
    	}
    }

Thinking 6.2

  • 关系式pageref(rfd) + pageref(wfd) = pageref(pipe) 在非原子的 close 函数调用时不能保证成立；作为非原子操作，在该函数进行时，有可能出现时钟中断，更换进程的问题，从而导致函数出现问题。

Thinking 6.3

  • 系统调用一定是原子操作。在系统调用 syscall 对应的异常处理程序 handle_sys 中，使用了汇编宏定义 CLI 来禁用全局中断，因此系统调用时不会被中断，是原子操作。CLI宏定义具体代码如下：

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    .macro CLI
        mfc0    t0, CP0_STATUS
        li      t1, (STATUS_CU0 | 0x1)
        or      t0, t1
        xor     t0, 0x1
        mtc0    t0, CP0_STATUS
    .endm

Thinking 6.4

  • 可以解决。关系式pageref(rfd) + pageref(wfd) = pageref(pipe)中，ref(pipe)先减小，ref(fd)后减小，因此如果先解除p[0]的映射，将会永远达不到取等的临界条件。
  • dup函数是类似的，不过变为增加，也会出现与close类似的问题，pipe的引用次数总比fd要高。当管道的dup进行到一半时， 若先映射fd，再映射 pipe ，就会使得fd的引用次数的加一先于pipe。这就导致在两个map的间隙，会出现pageref(pipe) == pageref(fd)的情况。这个问题也可以通过调换两个map的顺序来解决。

Thinking 6.5

  • 整体流程：分配文件标识符fd、按照路径打开文件、编辑文件标识符、匹配存储单元、返回文件标识符特征值。
  • 读取加载方法：对于普通文件，我们需要编译形成ELF文件，之后才可以运行。
  • 实现方式：对于bss段中和text&data段共同占据一个页面的部分，分配页面并设置初值为0；对于bss段其它部分，仅使分配页面而不映射到任何内容。

Thinking 6.6

  • 在user/init.c中完成，代码如下：

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    // stdin should be 0, because no file descriptors are open yet
    if ((r = opencons()) != 0) {
    	user_panic("opencons: %d", r);
    }
    // stdout
    if ((r = dup(0, 1)) < 0) {
    	user_panic("dup: %d", r);
    }

Thinking 6.7

  • shell命令是外部命令，在执行shell命令时，进程通过fork()函数产生一个子进程，即子shell，之后子shell运行该命令所对应的可执行文件。
  • linux中的内部命令实际上是shell程序的一部分，其中包含一些比较简单的linux系统命令。这些命令由shell程序识别并在shell程序内部完成运行，通常在linux系统加载运行时shell就被加载并驻留在系统内存中。

Thinking 6.8

  • shell中进行了2次spawn，分别用于执行ls.b和cat.b；
  • shell中进行了2次进程销毁，这2个进程分别是shell执行ls.b和cat.b时通过spawn生成的子进程。

难点分析

本次实验中，我遇到的难点主要有以下几点：

  • pipe相关的内存使用：本次实验中一个重点是管道的实现。出现管道时，为当前进程分出子进程，用父进程处理管道左端，用子进程处理管道右端。子进程和父进程的内存空间中分别为写端fd和读端fd分配了一个虚拟页，由于两个进程的fork关系，子进程和父进程的读端所在的虚拟页映射到了同一个物理页，同样他们的写端所在的虚拟也也都映射到了同一个物理页，因此可以实现读写的统一性。

  • spawn函数：在该函数中，主要有6部分，分别是读取文件描述符fd、读取ELF文件头部、使用fork生成子进程、初始化子进程的数据栈、读取文件中的项目头部、读取并匹配文件的ELF数据、加载segment。各部分均需实现报错后的逐层输出。难点主要在于各部分函数的使用以及整体的实现逻辑。

实验体会

Lab6主要让我们学习有关管道和shell的问题，了解MIPS系统中虚拟地址与物理地址的对应关系、多文件的读取与更改的内容。本次实验对比前几次lab内容较少，同时由于指导书和注释的详细，完成难度不大。但是由于前面lab遗留的前后程序不适配问题，导致出现bug且较难查明的问题，耗时较久。十分感谢助教学长的帮助和那些写博客的学长（虽然发现了两篇有所不同的博客，也没有尝试是否都是正确的），看了他们的博客后真的是茅塞顿开。作为最后一个常规lab，整个os学习也算是有始有终地完成了。整个学期下来困难很多，但是学到了很多知识和算法，提升也很大。