Lab 1: Xv6 and Unix utilities

这个lab将会使你熟悉xv6个它的系统调用。

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你可以在Athena或者你自己的电脑上进行这些实验。如果你使用自己电脑进行实验，你需要看一下lab tools page中的配置提示。

如果你使用 Athena，你必须使用 x86 机器；也就是说，uname -a 应该显示 i386 GNU/Linux 或 i686 GNU/Linux 或 x86_64 GNU/Linux。你可以通过 ssh -X athena.dialup.mit.edu 登录到公共 Athena 主机。我们在 Athena 上为你设置了适当的编译器和模拟器。要使用它们，请运行 add -f 6.828。你必须在每次登录时运行此命令（或将其添加到你的 ~/.environment 文件中）。如果你在编译或运行 qemu 时遇到晦涩的错误，请检查你是否添加了课程锁存器。 获取 xv6 实验的 git 仓库源代码：

$ git clone git://g.csail.mit.edu/xv6-labs-2022
Cloning into 'xv6-labs-2022'...
...
$ cd xv6-labs-2022

仓库设置为在克隆仓库时检出 util 分支。

$ git status
On branch util
Your branch is up to date with 'origin/util'.

nothing to commit, working tree clean

xv6-labs-2022 仓库与书中的 xv6-riscv 略有不同；它主要添加了一些文件。如果你好奇，可以查看 git 日志：

$ git log

你将需要使用 Git 版本控制系统分发的文件来完成这个和后续的实验任务。对于每个实验，你将检出（git checkout util）一个为该实验定制的 xv6 版本。要了解更多关于 Git 的信息，请查看 Git 用户手册，或者你可能会发现这个面向计算机的 Git 概述很有用。Git 允许你跟踪对代码所做的更改。例如，如果你完成了其中一个练习，并且想要检查你的进度，你可以通过运行以下命令提交你的更改：

$ git commit -am 'my solution for util lab exercise 1'
Created commit 60d2135: my solution for util lab exercise 1
 1 files changed, 1 insertions(+), 0 deletions(-)
$

你可以使用 git diff 命令跟踪你的更改。运行 git diff 将显示自上次提交以来对代码的更改，而 git diff origin/util 将显示相对于初始 util 代码的更改。在这里，origin/util 是你为课程下载的初始代码的 git 分支名称。

构建并运行 xv6：

$ make qemu
riscv64-unknown-elf-gcc    -c -o kernel/entry.o kernel/entry.S
riscv64-unknown-elf-gcc -Wall -Werror -O -fno-omit-frame-pointer -ggdb -DSOL_UTIL -MD -mcmodel=medany -ffreestanding -fno-common -nostdlib -mno-relax -I. -fno-stack-protector -fno-pie -no-pie   -c -o kernel/start.o kernel/start.c
...
riscv64-unknown-elf-ld -z max-page-size=4096 -N -e main -Ttext 0 -o user/_zombie user/zombie.o user/ulib.o user/usys.o user/printf.o user/umalloc.o
riscv64-unknown-elf-objdump -S user/_zombie > user/zombie.asm
riscv64-unknown-elf-objdump -t user/_zombie | sed '1,/SYMBOL TABLE/d; s/ .* / /; /^$/d' > user/zombie.sym
mkfs/mkfs fs.img README  user/xargstest.sh user/_cat user/_echo user/_forktest user/_grep user/_init user/_kill user/_ln user/_ls user/_mkdir user/_rm user/_sh user/_stressfs user/_usertests user/_grind user/_wc user/_zombie
nmeta 46 (boot, super, log blocks 30 inode blocks 13, bitmap blocks 1) blocks 954 total 1000
balloc: first 591 blocks have been allocated
balloc: write bitmap block at sector 45
qemu-system-riscv64 -machine virt -bios none -kernel kernel/kernel -m 128M -smp 3 -nographic -drive file=fs.img,if=none,format=raw,id=x0 -device virtio-blk-device,drive=x0,bus=virtio-mmio-bus.0

xv6 kernel is booting

hart 2 starting
hart 1 starting
init: starting sh
$

如果你在提示符下输入 ls，你应该会看到类似以下的输出：

$ ls
.              1 1 1024
..             1 1 1024
README         2 2 2227
xargstest.sh   2 3 93
cat            2 4 32864
echo           2 5 31720
forktest       2 6 15856
grep           2 7 36240
init           2 8 32216
kill           2 9 31680
ln             2 10 31504
ls             2 11 34808
mkdir          2 12 31736
rm             2 13 31720
sh             2 14 54168
stressfs       2 15 32608
usertests      2 16 178800
grind          2 17 47528
wc             2 18 33816
zombie         2 19 31080
console        3 20 0

这些是 mkfs 包含在初始文件系统中的文件；大多数是你可以运行的程序。你刚刚运行了其中一个：ls。

xv6 没有 ps 命令，但是，如果你输入 Ctrl-p，内核将打印每个进程的信息。如果你现在尝试，你会看到两行：一行是 init，另一行是 sh。

要退出 qemu，请输入：Ctrl-a x（同时按下 Ctrl 和 a，然后按 x）。

评分和提交程序
你可以运行 make grade 来使用评分程序测试你的解决方案。助教将使用相同的评分程序为你的实验提交评分。此外，我们还将为实验安排检查会议（见评分政策）。

实验代码附带了 GNU Make 规则，以简化提交过程。在提交实验的最终更改后，输入 make handin 以提交你的实验。有关如何提交的详细说明，请参见下文。

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重要

你需要在 xv6 中实现一个 UNIX 程序 sleep，该程序会暂停用户指定的时间（以 ticks 为单位）。ticks 是 xv6 内核定义的时间概念，即定时器芯片两次中断之间的时间。你的解决方案应该放在文件 user/sleep.c 中。 ### 提示：

1. 阅读 xv6 书籍的第 1 章：在开始编码之前，先阅读 xv6 书籍的第 1 章，了解 xv6 的基本概念和系统调用。
2. 参考其他用户程序：查看 user/ 目录下的其他程序（例如 user/echo.c、user/grep.c 和 user/rm.c），了解如何获取传递给程序的命令行参数。
3. 处理用户忘记传递参数的情况：如果用户忘记传递参数，sleep 应该打印一条错误消息。
4. 将字符串转换为整数：命令行参数以字符串形式传递；你可以使用 atoi 将其转换为整数（参见 user/ulib.c）。
5. 使用系统调用 sleep：使用 sleep 系统调用。
6. 查看系统调用的实现：查看 kernel/sysproc.c 中的 sys_sleep 函数，了解 sleep 系统调用在 xv6 内核中的实现；查看 user/user.h 中的 sleep 函数定义，了解如何在用户程序中调用 sleep；查看 user/usys.S 中的汇编代码，了解如何从用户代码跳转到内核代码执行 sleep。
7. 退出程序：main 函数完成后应调用 exit(0)。
8. 将程序添加到 Makefile：将你的 sleep 程序添加到 Makefile 中的 UPROGS；完成后，运行 make qemu 将编译你的程序，并且你可以在 xv6 shell 中运行它。
9. 学习 C 语言：查看 Kernighan 和 Ritchie 的《C 程序设计语言》（第二版）（K&R），学习 C 语言。

运行程序：

$ make qemu
...
init: starting sh
$ sleep 10
(nothing happens for a little while)
$

如果你的程序如上所示运行时暂停，则你的解决方案是正确的。运行 make grade 查看你是否通过了 sleep 测试。

注意，make grade 会运行所有测试，包括下面任务的测试。如果你想运行特定任务的评分测试，可以输入：

$ ./grade-lab-util sleep

这将运行与 sleep 匹配的评分测试。或者，你可以输入：

$ make GRADEFLAGS=sleep grade

实验代码

#include "kernel/types.h"
#include "kernel/stat.h"
#include "user/user.h"

int
main(int argc, char *argv[])

{
    int sleepTime ;
    if(argc < 2){
        fprintf(2, "Usage: sleep time...\n");
        exit(1);
    }
    sleepTime = atoi(argv[1]);
    sleep(sleepTime);
    return 0;

}

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重要

编写一个使用 UNIX 系统调用通过一对管道在两个进程之间进行“乒乓”字节交换的程序。父进程应向子进程发送一个字节；子进程应打印“pid: received ping”，其中 pid 是它的进程 ID，将字节写入管道发送给父进程，然后退出；父进程应从子进程读取字节，打印“pid: received pong”，然后退出。你的解决方案应放在文件 user/pingpong.c 中。