【MIT6.S081】Lab1: Xv6 and Unix utilities(详细解答版)

实验内容网址：https://xv6.dgs.zone/labs/requirements/lab1.html

Sleep

关键点：函数参数判断、系统函数调用

思路：

通过argc来判断函数参数是否正确，通过atoi函数来讲字符串转化为整型，调用sleep函数后退出程序。

代码：

#include "kernel/types.h"
#include "kernel/stat.h"
#include "user/user.h"int
main(int argc, char *argv[])
{int time;if(argc != 2){printf("usage:%s timexx\n",argv[0]);exit(-1);}time = atoi(argv[1]);sleep(time);exit(0);
}

Pingpong

关键点：

pipe()、fork()、read()、write()、getpid()

思路：

管道是作为一对文件描述符公开给进程的小型内核缓冲区，一个用于读取，一个用于写入。将数据写入管道的一端使得这些数据可以从管道的另一端读取。
其初始化方式为：

int p[2];
pipe(p);
// p[0]是管道的读取端
// P[1]是管道的写入端

根据题目要求，父进程和子进程都需要向对方发送字节，那么可以定义2个管道，代码如下

#define READ 0
#define WRITE 1
int father2child[2];
int child2father[2];
pipe(father2child);
pipe(child2father);

创建进程使用fork 函数，在父进程中，fork返回子类的PID；在子进程中，fork返回零。

步骤：

新建 pingpong.c文件，并在MakeFile文件的UPROGS中加入程序。
编写如下的代码，运行make qemu进行编译并运行pingpong.

#include "kernel/types.h"
#include "kernel/stat.h"
#include "user/user.h"
#define READ 0
#define WRITE 1int
main(int argc, char *argv[])
{int father2child[2];int child2father[2];char sendByte = 'A';pipe(father2child);pipe(child2father);if(fork() == 0){// 子进程// 管道关闭,这两个方向的管道不需要使用（感觉不用也可以，可以代码写完再看看哪里需要关闭）close(father2child[WRITE]);close(child2father[READ]);// 子进程接收父进程的字节并打印char tmp;if(read(father2child[READ],&tmp , 1) != 1 ){printf("read error\n");}printf("%d: received ping\n",getpid());// 通过管道写入字节发送给父进程write(child2father[WRITE],&sendByte,1);// 关闭管道退出程序close(father2child[READ]);close(child2father[WRITE]);exit(0);}else{// 父进程// 管道关闭close(father2child[READ]);close(child2father[WRITE]);// 父进程向子进程发送一个字节char tmp;write(father2child[WRITE], &sendByte, 1);// 父进程读取从子进程而来的字节if(read(child2father[READ], &tmp, 1) != 1){printf("read error\n");}printf("%d: received pong\n",getpid());// 关闭管道退出程序close(father2child[WRITE]);close(child2father[READ]);exit(0);}}

这里的close掉某一些管道的做法个人认为可以不用，当然加上去更好，避免错误使用到这些管道端口。对于2对管道4个管道端口，父子进程都有这4个管道端口的文件描述符，对于父进程，可以把father2child[READ]和child2father[WRITE]关闭掉，这不会影响子进程对这两个端口的使用。对于子进程则把相反的管道端口关闭。

Primes

关键点：

pipe() 、fork()、递归思想、素数判断

思路：

一开始看的时候会看不懂题目，题目的要求就是找出2-35中的素数（质数）。本题寻找素数的方法可以看下图
在这里插入图片描述
对于一个进程，从左管道中读入第一个数，然后将第一个数打印出来（这个数是素数）。然后从左管道读入其他数，将其他数与第一个数相除，若不整除，则将该数写入右管道中。递归后可以得到2-35中的每一个素数。
本题涉及到递归思想，需要构造递归函数；然后是对于每个进程都需要有2个管道，一个管道是父进程与子进程的，一个管道是子进程与孙进程的；最后还需要及时关闭不使用的管道端口，避免系统资源不够用。

步骤：

从第一个进程（戏称:始祖进程hhh）开始，定义管道，遍历2-35，将每个整型写入管道中，调用fork生成子进程，父进程则关闭管道的文件描述符并退出。
从第二个进程开始，需要使用递归了，则编写递归函数 primes（int* left_pipe) ，该函数的参数是父进程给子进程的左管道。在primes函数中，读取左管道第一个数作为素数并打印出来。接着创建新的管道（可以认为是右管道）。然后从左管道中读取每个整型，经过是否素数判断，若是则写入右管道中；接着进行fork创建孙进程，孙进程中继续调用primes（right_pipe），将右管道传给孙进程。子进程则关闭不使用的文件描述符，退出进程。
递归…直到最后一个进程连第一个数值也读不到的时候直接退出进程，程序结束。

代码：

#include "kernel/types.h"
#include "kernel/stat.h"
#include "user/user.h"
#define READ 0
#define WRITE 1void primes(int* left_pipe){// 关闭左管道的write端口close(left_pipe[WRITE]);// 读取第一个值int first = 0;if(read(left_pipe[READ],&first,sizeof(int)) != sizeof(int)){exit(0);}// 按照要求打印printf("primes %d\n",first);// 创建管道int right_pipe[2];pipe(right_pipe);// 从左管道读入并写到右管道中int num;while(read(left_pipe[READ], &num,sizeof(int) == sizeof(int))){if(num%first != 0){// 将素数写入右管道中write(right_pipe[WRITE],&num, sizeof(int));}}// 创建子进程if(fork() == 0){primes(right_pipe);}else{close(left_pipe[READ]);close(right_pipe[READ]);close(right_pipe[WRITE]);// 等待子进程退出?wait(0);}exit(0);
}int
main(int argc, char *argv[])
{// 定义一个管道int p[2];pipe(p);//从第一个进程开始,将2-35输入到子进程中for(int i = 2; i <= 35; i++){write(p[WRITE],&i,sizeof(int));}if(fork() == 0){// 子进程primes(p);}else{close(p[WRITE]);close(p[READ]);// 等待子进程退出?wait(0);}exit(0);
}

未解：

父进程使用wait(0)会等待子进程全部退出后才退出吗？

Find

关键点：user/ls.c实现、目录遍历、递归思想

思路：

首先要弄懂 user/ls.c中功能的实现。
fmtname()的作用是去除文件路径中的路径，只保留住文件名，如果文件名程度超过DIRSIZ则直接返回，若不超过则要补全空格。
如果path 是一个文件的话，则直接输出文件名。若path是一个目录的话。循环读取目录中的每个条目，并检查其索引节点号 (inum)。如果索引节点号为0，我们跳过该条目。否则，我们将条目的名称复制到 buf 的末尾，并添加一个终止字符。接着，我们获取该条目的状态信息，并打印其信息。如果获取状态信息失败，我们打印错误消息并继续下一个条目。
搞懂user/ls.c后，就可以在这上面做修改。

步骤：

新建find.c文件，首先进行参数检查
定义递归函数，传入本轮递归的路径和目标文件名。
递归函数中，如果path是文件名的话则进行文件名判断，再打印。如果是目录，则循环遍历每一个条目，过滤掉. …后进行递归。具体还是看代码吧，思路比较清晰。

代码：

#include "kernel/types.h"
#include "kernel/stat.h"
#include "user/user.h"
#include "kernel/fs.h"// 用于分割出带有/路径的文件名
// input:a/b/filename
// output:filename
char*
my_fmtname(char *path)
{char *p;// Find first character after last slash.for(p=path+strlen(path); p >= path && *p != '/'; p--);p++;return p;
}void find(char* path, char* target_filename){// 模仿ls函数char buf[512], *p;  // 用于存储文件或目录路径的缓冲区。int fd;             // 文件描述符，用于后续的文件或目录操作。struct dirent de;   // 一个 dirent 结构体，用于读取目录中的条目。struct stat st;     // 一个 stat 结构体，用于存储文件或目录的状态信息。// 尝试打开目录if((fd = open(path, 0)) < 0){fprintf(2, "find: cannot open %s\n", path);return;}// 尝试获取状态信息if(fstat(fd, &st) < 0){fprintf(2, "find: cannot stat %s\n", path);close(fd);return;}switch(st.type){// 如果path指向的是一个文件，判断该文件与目标文件名是否一样case T_FILE:if(strcmp(my_fmtname(path),target_filename) == 0){// 表示文件名一样printf("%s\n",path);}break;case T_DIR:if(strlen(path) + 1 + DIRSIZ + 1 > sizeof buf){printf("find: path too long\n");break;}strcpy(buf, path);p = buf+strlen(buf);*p++ = '/';// 循环读取目录中的每个条目，并检查其索引节点号while(read(fd, &de, sizeof(de)) == sizeof(de)){if(de.inum == 0)continue;// 过滤 . ..if(!strcmp(de.name,".") || !strcmp(de.name,".."))continue;memmove(p, de.name, DIRSIZ);p[DIRSIZ] = 0;if(stat(buf, &st) < 0){printf("find: cannot stat %s\n", buf);continue;}//递归！！！find(buf, target_filename);}break;}close(fd);
}void
main(int argc, char *argv[])
{if(argc != 3){printf("usage: %s <dir> <filename>",argv[0]);exit(0);}find(argv[1], argv[2]);exit(0);
}