今天我们来进行Mit6.S081实验一的内容。

实验任务

一、启动xv6(难度：Easy)

获取实验室的xv6源代码并切换到util分支。

$ git clone git://g.csail.mit.edu/xv6-labs-2020
Cloning into 'xv6-labs-2020'...
...
$ cd xv6-labs-2020
$ git checkout util
Branch 'util' set up to track remote branch 'util' from 'origin'.
Switched to a new branch 'util'

1.构建并运行xv6

make qemu

2.测试xv6

        这些是mkfs在初始文件系统中包含的文件；大多数是可以运行的程序。刚刚跑了其中的：ls、cat。

3.退出qemu

查看xv6中的进程：Ctrl+p（xv6没有实现ps程序），
退出qemu启动的xv6：Ctrl+a x

4.分析

        xv6通过qemu启动完成后，启动了shell进程。通过shell，启动子进程ls、cat，显示了xv6目录下的文件。

参考：Lab1: Xv6 and Unix utilities · 6.S081 All-In-One (dgs.zone)

 二、sleep(难度：Easy)

1.需求

        实现xv6的UNIX程序sleep：您的sleep应该暂停到用户指定的计时数。一个滴答(tick)是由xv6内核定义的时间概念，即来自定时器芯片的两个中断之间的时间。您的解决方案应该在文件user/sleep.c中

2.提示

第一章 操作系统接口 · 6.S081 All-In-One (dgs.zone)（参考）

• 在你开始编码之前，请阅读《book-riscv-rev1》的第一章（上述链接）。

• 看看其他的一些程序（如/user/echo.c, /user/grep.c, /user/rm.c）查看如何获取传递给程序的命令行参数

• 如果用户忘记传递参数，sleep应该打印一条错误信息

• 命令行参数作为字符串传递; 您可以使用atoi将其转换为数字（详见/user/ulib.c）

• 使用系统调用sleep

• 请参阅kernel/sysproc.c以获取实现sleep系统调用的xv6内核代码（查找sys_sleep），user/user.h提供了sleep的声明以便其他程序调用，用汇编程序编写的user/usys.S可以帮助sleep从用户区跳转到内核区。

• 确保main函数调用exit()以退出程序。

• 将你的sleep程序添加到Makefile中的UPROGS中；完成之后，make qemu将编译您的程序，并且您可以从xv6的shell运行它。

参考以下代码（查看如何获取传递给程序的命令行参数）

types.h

typedef unsigned int   uint;
typedef unsigned short ushort;
typedef unsigned char  uchar;typedef unsigned char uint8;
typedef unsigned short uint16;
typedef unsigned int  uint32;
typedef unsigned long uint64;typedef uint64 pde_t;/*
这段代码是在 C 语言中使用 typedef 关键字定义了一些新的数据类型：uint：无符号整数，通常是 unsigned int 类型。
ushort：无符号短整数，通常是 unsigned short 类型。
uchar：无符号字符，通常是 unsigned char 类型。
然后定义了一些更具体的无符号整数类型：uint8：8 位无符号整数，通常是 unsigned char 类型。
uint16：16 位无符号整数，通常是 unsigned short 类型。
uint32：32 位无符号整数，通常是 unsigned int 类型。
uint64：64 位无符号整数，通常是 unsigned long 类型。
最后，定义了一个名为 pde_t 的类型，它被定义为 uint64 类型，通常用于表示页表项（Page Directory Entry）中的地址或者数据。
*/

start.h

#define T_DIR     1   // Directory
#define T_FILE    2   // File
#define T_DEVICE  3   // Devicestruct stat {int dev;     // File system's disk deviceuint ino;    // Inode numbershort type;  // Type of fileshort nlink; // Number of links to fileuint64 size; // Size of file in bytes
};/*
这段代码定义了一些常量以及一个结构体 struct stat，用于描述文件系统中文件的状态信息。常量定义：
T_DIR：表示目录类型，其值为 1。
T_FILE：表示文件类型，其值为 2。
T_DEVICE：表示设备类型，其值为 3。
结构体 struct stat 包含以下成员：
int dev：表示文件所在的文件系统的磁盘设备。
uint ino：表示文件的 inode 号码。
short type：表示文件的类型，可以是 T_DIR、T_FILE 或者 T_DEVICE。
short nlink：表示指向该文件的硬链接数目。
uint64 size：表示文件的大小，以字节为单位。
这个结构体用于保存文件的各种属性信息，比如文件类型、大小、所在设备等。在实际的文件系统中，通过这些信息可以对文件进行管理和操作。
*/

user.h

struct stat;
struct rtcdate;// system calls
int fork(void);
int exit(int) __attribute__((noreturn));
int wait(int*);
int pipe(int*);
int write(int, const void*, int);
int read(int, void*, int);
int close(int);
int kill(int);
int exec(char*, char**);
int open(const char*, int);
int mknod(const char*, short, short);
int unlink(const char*);
int fstat(int fd, struct stat*);
int link(const char*, const char*);
int mkdir(const char*);
int chdir(const char*);
int dup(int);
int getpid(void);
char* sbrk(int);
int sleep(int);
int uptime(void);// ulib.c
int stat(const char*, struct stat*);
char* strcpy(char*, const char*);
void *memmove(void*, const void*, int);
char* strchr(const char*, char c);
int strcmp(const char*, const char*);
void fprintf(int, const char*, ...);
void printf(const char*, ...);
char* gets(char*, int max);
uint strlen(const char*);
void* memset(void*, int, uint);
void* malloc(uint);
void free(void*);
int atoi(const char*);
int memcmp(const void *, const void *, uint);
void *memcpy(void *, const void *, uint);/*
这段代码展示了一些结构体和系统调用函数的声明，以及一些在 ulib.c 文件中实现的库函数声明。这些声明通常用于操作系统的实现中，特别是在 Unix/Linux 系统中。struct stat; 和 struct rtcdate;：这些是结构体声明，但是具体的结构体定义并没有在这段代码中给出。这样的声明表明这些结构体在其他地方有定义，可能是在其他文件或者系统头文件中。
系统调用函数声明：
这些函数声明了一些常见的系统调用函数，如 fork、exit、wait、pipe 等，用于操作进程、文件和系统状态等。
每个函数声明描述了函数的参数和返回类型，有些函数使用了 __attribute__((noreturn)) 指示函数不会返回（如 exit）。
ulib.c 文件中的库函数声明：
这些函数声明了一些在 ulib.c 文件中实现的库函数，如字符串操作函数 strcpy、strcmp、内存操作函数 memmove、memset 等，以及输出函数 fprintf、printf 和内存分配函数 malloc、free 等。
这些声明描述了操作系统的核心功能，包括进程管理、文件操作、内存管理等。
*/

echo.c

#include "kernel/types.h"
#include "kernel/stat.h"
#include "user/user.h"int
main(int argc, char *argv[])
{int i;for(i = 1; i < argc; i++){write(1, argv[i], strlen(argv[i]));if(i + 1 < argc){write(1, " ", 1);} else {write(1, "\n", 1);}}exit(0);
}
/*
#include "kernel/types.h"、#include "kernel/stat.h"、#include "user/user.h"：这些是头文件包含语句，用于包含所需的系统头文件，以便在程序中使用相关的函数和数据结构。
main 函数：这是程序的入口函数，它接收命令行参数 argc 和 argv[]，其中 argc 表示参数的个数，argv[] 是一个指向参数字符串数组的指针。
for 循环：遍历命令行参数数组 argv[]，从索引 1 开始（跳过程序名称本身），将每个参数字符串使用 write 函数写入到标准输出（文件描述符 1）。
write 函数：用于向文件描述符写入数据，第一个参数是文件描述符（1 表示标准输出），第二个参数是要写入的数据，第三个参数是要写入的数据长度。
在循环中，如果不是最后一个参数，则在参数之间插入空格；如果是最后一个参数，则在参数后面插入换行符 \n。
exit(0)：正常退出程序，参数 0 表示程序正常结束。
*/

grep.c

// Simple grep.  Only supports ^ . * $ operators.#include "kernel/types.h"
#include "kernel/stat.h"
#include "user/user.h"char buf[1024];
int match(char*, char*);void
grep(char *pattern, int fd)
{int n, m;char *p, *q;m = 0;while((n = read(fd, buf+m, sizeof(buf)-m-1)) > 0){m += n;buf[m] = '\0';p = buf;while((q = strchr(p, '\n')) != 0){*q = 0;if(match(pattern, p)){*q = '\n';write(1, p, q+1 - p);}p = q+1;}if(m > 0){m -= p - buf;memmove(buf, p, m);}}
}int
main(int argc, char *argv[])
{int fd, i;char *pattern;if(argc <= 1){fprintf(2, "usage: grep pattern [file ...]\n");exit(1);}pattern = argv[1];if(argc <= 2){grep(pattern, 0);exit(0);}for(i = 2; i < argc; i++){if((fd = open(argv[i], 0)) < 0){printf("grep: cannot open %s\n", argv[i]);exit(1);}grep(pattern, fd);close(fd);}exit(0);
}// Regexp matcher from Kernighan & Pike,
// The Practice of Programming, Chapter 9.int matchhere(char*, char*);
int matchstar(int, char*, char*);int
match(char *re, char *text)
{if(re[0] == '^')return matchhere(re+1, text);do{  // must look at empty stringif(matchhere(re, text))return 1;}while(*text++ != '\0');return 0;
}// matchhere: search for re at beginning of text
int matchhere(char *re, char *text)
{if(re[0] == '\0')return 1;if(re[1] == '*')return matchstar(re[0], re+2, text);if(re[0] == '$' && re[1] == '\0')return *text == '\0';if(*text!='\0' && (re[0]=='.' || re[0]==*text))return matchhere(re+1, text+1);return 0;
}// matchstar: search for c*re at beginning of text
int matchstar(int c, char *re, char *text)
{do{  // a * matches zero or more instancesif(matchhere(re, text))return 1;}while(*text!='\0' && (*text++==c || c=='.'));return 0;
}/*
这段代码实现了一个简单的 grep 命令，可以在文本中搜索指定的模式（pattern）。它支持基本的正则表达式操作符 ^、.、* 和 $。以下是代码中主要部分的解释：grep 函数：
接收一个模式 pattern 和一个文件描述符 fd（如果为 0，则表示从标准输入读取）。
使用 read 函数从文件描述符中读取数据到缓冲区 buf 中。
使用 match 函数匹配模式并输出匹配的行。
main 函数：
解析命令行参数，如果参数个数不符合要求则打印用法信息并退出。
提取模式 pattern 和需要搜索的文件。
对每个文件，打开文件并调用 grep 函数进行搜索，最后关闭文件。
match、matchhere 和 matchstar 函数：
这些函数实现了简单的正则表达式匹配逻辑。
match 函数用于在文本中查找模式。
matchhere 函数用于在文本开头匹配模式。
matchstar 函数用于处理 * 操作符。
这个程序的核心逻辑在于 match 函数和相关的匹配函数，它们用于实现基本的正则表达式匹配功能。
*/

rm.c

#include "kernel/types.h"
#include "kernel/stat.h"
#include "user/user.h"int
main(int argc, char *argv[])
{int i;if(argc < 2){fprintf(2, "Usage: rm files...\n");exit(1);}for(i = 1; i < argc; i++){if(unlink(argv[i]) < 0){fprintf(2, "rm: %s failed to delete\n", argv[i]);break;}}exit(0);
}/*
这段代码实现了一个简单的 rm（删除文件）命令，可以删除指定的文件。让我们来看一下代码的主要部分：#include "kernel/types.h"、#include "kernel/stat.h"、#include "user/user.h"：这些是头文件包含语句，用于包含所需的系统头文件和声明相关的函数和数据结构。
main 函数：这是程序的入口函数，它接收命令行参数 argc 和 argv[]，其中 argc 表示参数的个数，argv[] 是一个指向参数字符串数组的指针。
参数检查：程序首先检查参数个数是否符合要求，如果小于 2，则打印用法信息并退出程序。
循环删除文件：程序使用 unlink 函数删除每个指定的文件。如果删除失败（unlink 返回值小于 0），则打印错误信息，并退出循环。
exit：正常退出程序，参数 0 表示程序正常结束。
*/

3.sleep代码（写在user/sleep.c）

#include "kernel/types.h"
#include "kernel/stat.h"
#include "user/user.h" // 必须以这个顺序 include，由于三个头文件有依赖关系int main(int argc, char **argv)
{if (argc < 2){printf("usage: sleep <ticks>\n");exit(0);}sleep(atoi(argv[1]));exit(0);
}/*
代码实现了一个简单的 sleep 命令，用于让当前进程睡眠指定的时钟 tick 数量。以下是代码的一些说明：错误处理： 如果参数个数小于 2，即用户未提供睡眠时间参数，程序会打印用法信息并退出。
参数转换： 通过 atoi 函数将字符串形式的睡眠时间参数转换为整数。
睡眠功能： 使用 sleep 系统调用使当前进程睡眠指定的时钟 tick 数量。
退出码： 程序成功执行后，返回退出码 0，表示正常结束。
*/

4.编译配置

在Makefile下添加配置。

5.测试sleep程序

xv6通过qemu启动完成后，启动了shell进程。通过shell，启动子进程sleep。