- Comprender el funcionamiento de los llamados al sistemas en NachOS
- Los programas de usuario emplean los llamados al sistema de NachOS simplemente llamando a una función, de la misma manera que se hace en Unix
- Estudie el archivo "halt.c" en el directorio "test", este es el archivo fuente de un programa de usuario de NachOS que utiliza un llamado al sistema "Halt"; este programa es compilado (cross-compilado) para generar código Mips y poderlo correr en el simulador
- La definición de los llamados de NachOS está en
"syscall.h" , las de Unix están en "/usr/include"
- Note que cada llamado al sistema está definido por una función, por ejemplo Halt, Open, Read, Write, etc. que puede llevar parámetros
- La implantación de estos métodos se hace mediante una rutina de ensamblador de Mips en la que se carga el registro 2 con el valor del llamado al sistema solicitado y la instrucción del ensamblador "syscall", ver start.s
- Revise la etiqueta "__start", que es donde comienza el programa, note que lo primero que se hace es llamar a la función "main" (jal main), la que se declara en todo programa C o C++, si la función retorna entonces esta rutina llama a "Exit" colocando un cero en el registro 4
- Revise el comentario "System call stubs" y comprenda el paso de parámetros a los llamados al sistema de NachOS
- Revise la etiqueta "Halt", que es la implantación del llamado al sistema "Halt", note que se coloca en el registro 2 (addiu $2,$0,SC_Halt) y se hace la instrucción "syscall", luego se hace un "jump" a la dirección de retorno (j $31)
- Puede revisar los demás llamados al sistema de NachOS (Fork, Exit, Open, etc.)
- La simulación de las instrucciones del ensamblador de Mips se hace en los archivos "mipssim.h" y "mipssim.cc" en el directorio "machine", se recomienda revisarlos para comprender el funcionamiento de este simulador
- Ponga especial atención a la simulación de la instrucción de ensamblador "syscall" ("OP_SYSCALL" en el método "OneInstruction"), note que se llama a la función "RaiseException" que está declarada en "machine.cc"
- Revise el código de la función "RaiseException", note que se pasa de modo usuario a modo sistema (interrupt->setStatus(SystemMode);) y se llama a "ExceptionHandler" con el tipo de excepción como parámetro
- Finalmente llegamos a "ExceptionHandler" en el archivo "exception.cc" en el directorio "userprog", lugar donde completamos los llamados al sistema de NachOS
- Completar la interfaz para los llamados al sistema (exception.cc)
- Recuerde que los parámetros de los llamados al sistema se intercambian a través de los registros de arquitectura, tal y como se indica en la documentación del método "ExceptionHandler"
- Documentación en "ExceptionHandler"
// For system calls, the following is the calling convention:
//
// system call code -- r2
// arg1 -- r4
// arg2 -- r5
// arg3 -- r6
// arg4 -- r7
//
// The result of the system call, if any, must be put back into r2.
//
- Para poder leer la información de un registro de la arquitectura MIPS, se utiliza el método "ReadRegister"
int type = machine->ReadRegister(2); // Lee el contenido del registro 2
- Para poder escribir información a un registro de la arquitectura MIPS, se utiliza el método "WriteRegister"
int pc = machine->ReadRegister(PCReg); // Lee el contenido del registro PC
machine->WriteRegister(PrevPCReg, pc ); // Escribe el registro PrevPCReg
- Recuerde hacer una rutina para modificar los contadores de programa de MIPS y hacer que la simulación de NachOS continúe correctamente
- Crear un método para cambiar los contadores, debe estar en "exception.cc"
void returnFromSystemCall() {
int pc, npc;
pc = machine->ReadRegister( PCReg );
npc = machine->ReadRegister( NextPCReg );
machine->WriteRegister( PrevPCReg, pc ); // PrevPC <- PC
machine->WriteRegister( PCReg, npc ); // PC <- NextPC
machine->WriteRegister( NextPCReg, npc + 4 ); // NextPC <- NextPC + 4
} // returnFromSystemCall
- Se sugiere hacer una clase para manejar la tabla de archivos abiertos, como la siguiente,
- Ejemplo
class NachosOpenFilesTable {
public:
NachosOpenFilesTable(); // Initialize
~NachosOpenFilesTable(); // De-allocate
int Open( int UnixHandle ); // Register the file handle
int Close( int NachosHandle ); // Unregister the file handle
bool isOpened( int NachosHandle );
int getUnixHandle( int NachosHandle );
void addThread(); // If a user thread is using this table, add it
void delThread(); // If a user thread is using this table, delete it
void Print(); // Print contents
private:
int * openFiles; // A vector with user opened files
BitMap * openFilesMap; // A bitmap to control our vector
int usage; // How many threads are using this table
};
- Los métodos "addThread" y "delThread" se utilizan para que todos los hilos de un programa de usuario utilicen la misma tabla, lo que hacemos es que cada vez que se crea un hilo, incrementamos la variable de instancia "usage", de la misma manera que cuando los hilos vayan terminando, se decrementa; si ya es el último hilo, entonces éste cerraría todos los archivos abiertos indicados por nuestra tabla. La idea es que un hilo no cierre los archivos que pueden emplear otros hilos.
- Pueden crear dos archivos dentro de "userprog" para esta clase: "nachostabla.h" y "nachostabla.cc", los nombres son sugeridos, pueden utilizar los que ustedes quieran
- Si crean los archivos, es necesario cambiar el archivo "Makefile.common" para que los compile cada vez que se genera el NachOS
- Archivo "Makefile.common" original, localizado en "nachos/code"
...
USERPROG_H = ../userprog/addrspace.h\
../userprog/bitmap.h\
../filesys/filesys.h\
../filesys/openfile.h\
../machine/console.h\
../machine/machine.h\
../machine/mipssim.h\
../machine/translate.h
USERPROG_C = ../userprog/addrspace.cc\
../userprog/bitmap.cc\
../userprog/exception.cc\
../userprog/progtest.cc\
../machine/console.cc\
../machine/machine.cc\
../machine/mipssim.cc\
../machine/translate.cc
USERPROG_O = addrspace.o bitmap.o exception.o progtest.o console.o machine.o \
mipssim.o translate.o
...
- En este archivo se definen los elementos a compilar por medio de variables, por ejemplo, para el proyecto "userprog" se utilizan tres variables, una "USERPROG_H", para designar todos los archivos .h necesarios para crear el "nachos", otra, "USERPROG_C", para los archivos .cc y la tercera "USERPROG_O" para enlazar los archivos y crear el ejecutable de NachOS
- Para agregar claridad en las definiciones, que son de una sola línea, se les agrega el caracter "\", que en Unix representa la continuidad de una línea. Entonces, lo que estamos haciendo es agregando nuestro archivo "nachostabla" a la línea donde se define la variables, por eso se le agrega "\" al elemento anterior y se agrega una nueva línea con nuestra nueva clase
- Archivo "Makefile.common" con los archivos "nachostabla" agregados, preste atención a la última línea de la definición de la variable "USERPROG_H",
...
USERPROG_H = ../userprog/addrspace.h\
../userprog/bitmap.h\
../filesys/filesys.h\
../filesys/openfile.h\
../machine/console.h\
../machine/machine.h\
../machine/mipssim.h\
../machine/translate.h\
../userprog/nachostabla.h
USERPROG_C = ../userprog/addrspace.cc\
../userprog/bitmap.cc\
../userprog/exception.cc\
../userprog/progtest.cc\
../machine/console.cc\
../machine/machine.cc\
../machine/mipssim.cc\
../machine/translate.cc\
../userprog/nachostabla.cc
USERPROG_O = addrspace.o bitmap.o exception.o progtest.o console.o machine.o \
mipssim.o translate.o nachostabla.o
...
- Deben correr "make depend" en "userprog" para que las nuevas definiciones sean agregadas
- Modificar el método ExceptionHandler de manera que podamos agregar los llamados al sistema que vayamos ocupando
- Código original de "ExceptionHandler"
void
ExceptionHandler(ExceptionType which)
{
int type = machine->ReadRegister(2);
if ((which == SyscallException) && (type == SC_Halt)) {
DEBUG('a', "Shutdown, initiated by user program.\n");
interrupt->Halt();
} else {
printf("Unexpected user mode exception %d %d\n", which, type);
ASSERT(false);
}
- Versión corregida
void Nachos_Halt() { // System call 0
DEBUG('a', "Shutdown, initiated by user program.\n");
interrupt->Halt();
} // Nachos_Halt
void Nachos_Open() { // System call 5
/* System call definition described to user
int Open(
char *name // Register 4
);
*/
// Read the name from the user memory, see 5 below
// Use NachosOpenFilesTable class to create a relationship
// between user file and unix file
// Verify for errors
returnFromSystemCall(); // Update the PC registers
} // Nachos_Open
void Nachos_Write() { // System call 7
/* System call definition described to user
void Write(
char *buffer, // Register 4
int size, // Register 5
OpenFileId id // Register 6
);
*/
char * buffer = NULL;
int size = machine->ReadRegister( 5 ); // Read size to write
// buffer = Read data from address given by user;
OpenFileId id = machine->ReadRegister( 6 ); // Read file descriptor
// Need a semaphore to synchronize access to console
// Console->P();
switch (id) {
case ConsoleInput: // User could not write to standard input
machine->WriteRegister( 2, -1 );
break;
case ConsoleOutput:
buffer[ size ] = 0;
printf( "%s", buffer );
break;
case ConsoleError: // This trick permits to write integers to console
printf( "%d\n", machine->ReadRegister( 4 ) );
break;
default: // All other opened files
// Verify if the file is opened, if not return -1 in r2
// Get the unix handle from our table for open files
// Do the write to the already opened Unix file
// Return the number of chars written to user, via r2
break;
}
// Update simulation stats, see details in Statistics class in machine/stats.cc
// Console->V();
returnFromSystemCall(); // Update the PC registers
} // Nachos_Write
...
ExceptionHandler(ExceptionType which)
{
int type = machine->ReadRegister(2);
switch ( which ) {
case SyscallException:
switch ( type ) {
case SC_Halt:
Nachos_Halt(); // System call # 0
break;
case SC_Open:
Nachos_Open(); // System call # 5
break;
case SC_Write:
Nachos_Write(); // System call # 7
break;
default:
printf("Unexpected syscall exception %d\n", type );
ASSERT(false);
break;
}
break;
default:
printf( "Unexpected exception %d\n", which );
ASSERT(FALSE);
break;
}
- ¿Cómo leer datos de la memoria de usuario?, esto es necesario para obtener la información que quiere escribir el usuario, variable buffer del método Nachos_Write
- Utilizar el método "ReadMem" de la clase "Machine", revisar archivo "translate.cc" en directorio "machine"
- Código
bool ReadMem(int addr, int size, int* value);
- El parámetro addr se recibe en el llamado al sistema Write, en el registro 4, por ejemplo
- Recuerde que el usuario nos indica cuántos bytes debemos leer de esa dirección, parámetro size del llamado, registro 5
- El método ReadMem solo puede leer enteros, ver el tercer parámetro, por lo que se recomienda que las tiras de caracteres se lean caracter por caracter (for) e irlas almacenando en una variable local, por ejemplo, char buffer[ 100 ];
