操作系统MIT6.S081：Lab1-＞Unix utilities

本系列文章为MIT6.S081的学习笔记，包含了参考手册、课程、实验三部分的内容，前面的系列文章链接如下
操作系统MIT6.S081：[xv6参考手册第1章]-＞操作系统接口
操作系统MIT6.S081：P1->Introduction and examples

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一、sleep

1.1 实验描述

实验目的

为xv6系统实现UNIX的sleep程序。你的sleep程序应该使当前进程暂停指定的时钟周期数，时钟周期数由用户指定。例如执行sleep 100，则当前进程暂停，等待100个时钟周期后才继续执行。时钟周期是xv6内核定义的时间概念，来自计时器芯片的两次中断之间的时间。你的解决方案包含应该在文件user/sleep.c中。

实验提示

1、在开始编程之前，阅读配套手册的第一章。
2、可以参考/user目录下的其他程序(如echo.c、grep.c和rm.c)，了解如何获取和传递给程序相应的命令行参数.
3、如果用户传入参数有误，即没有传入参数或者传入多个参数，程序应该能打印出错误信息。
4、通过字符串传递命令行参数。可以通过atoi(详情见user/ulib.c)函数将字符串转换为整数
5、使用系统调用sleep。
6、有关实现sleep系统调用的xv6内核代码(sys_sleep)，请参考kernel/sysproc.c。有关可从用户程序调用sleep的C 定义在user/user.h中，以及有关汇编代码的user/usys.S 从用户代码跳转到内核进行睡眠。
7、确保main函数调用exit()以退出程序。
4、实现的程序应该命名为sleep.c并最后放入user目录下。
8、将你的sleep程序添加到Makefile的UPROGS中。只有这步完成后，make qemu才能编译你写的程序，你才能在shell中运行这个程序。
9、通过Kernighan和Ritchie’s的The C programming language(第2版)学习C语言

测试条件

①在xv6的shell中运行该程序

②如果通过上述命令使程序停止10个时钟周期，则说明你的方案是正确的。运行make grade查看你是否通过了测试。
注：make grade会运行所有测试程序，如果你只想测试当前程序，可以指定要运行的程序，通过以下命令：

你也可以通过下面这条命令测试当前程序

1.2 实验思路

头文件

系统调用sleep的声明在user/user.h中。

user.h中的一些系统调用函数声明使用了一些数据类型，这些数据类型在kerner/type.h中声明。

命令行参数判断

如果命令行参数有错误，则通过write或fprintf输出错误信息
然后通过exit退出

执行sleep操作

①通过atoi将argv[1]参数转换为整数
②调用系统调用函数sleep执行中断操作
③通过exit退出

1.3 实验代码

整体代码如下

#include "kernel/types.h" //一些数据类型声明
#include "user/user.h" //用户可以使用的系统调用声明

int main(int argc, char* argv[])
{
   
   
    if (argc != 2){
   
     //命令行参数不为2
    	//也可以调用write
       fprintf(2, "Usage: sleep <num> \n"); //将提示信息写入标准错误端
       exit(1);	 //退出，参数1表示非正常退出
    }
    int number = atoi(argv[1]); //将字符串转为整数
    sleep(number); //调用系统调用sleep
    exit(0); //正常退出
}

测试

①首先在makefile文件中添加$U/_sleep\

②然后sudo make qemu进入xv6
③在终端中测试sleep

④退出xv6，在shell中通过./grade-lab-util sleep测试

注： 如果运行命令./grade-lab-util sleep报/usr/bin/env: ‘python’: No such file or directory错误，可能是因为没装python2或者装的是python3，使用命令vim grade-lab-util，把第一行的python改为python3。如果系统没装python3，则通过命令sudo apt-get install python3安装python3。

二、pingpong

2.1 实验描述

实验目的

使用UNIX系统调用编写一个程序pingpong，在一对管道上实现两个进程之间的通信。父进程通过第一个管道给子进程发送一个信息“ping”，子进程接收父进程的信息后打印"<pid>: received ping" ，其中pid是子进程的ID。然后子进程通过另一个管道发送一个信息“pong”给父进程，父进程接收子进程的信息然后打印"<pid>: received pong"，其中pid是父进程的ID，然后退出。

实验提示

1、通过pipe创建一个管道
2、通过fork创建一个子进程
3、通过read从管道中读取数据，通过write向管道中写入数据
4、通过getpid获取当前进程的pid
5、将程序添加到Makefile文件中的UPROGS中
6、xv6上的用户程序拥有一些库函数可供使用，你可以在user/user.h中查看这些函数对应的列表。除系统调用外其他函数的源代码位于user/ulib.c、user/printf.c和user/umalloc.c中。

测试条件

在shell中运行程序并将得到以下结果

如果你的程序在两个进程间传递信息并产生以上结果，则说明你的方案正确。

2.2 实验思路

初始化

创建父进程、子进程的文件描述符数组
父进程、子进程创建管道
创建缓冲区字符数组buf，存放要传递的信息
通过fork创建子进程

父进程

①关闭父进程管道的读取端
②将"ping"通过父进程管道的写入端进行写入
③关闭子进程管道的写入端
④从子进程管道的读取端读取信息到buf中
⑤打印收到的信息

子进程

①关闭父进程管道的写入端
②子进程从父进程管道的读取端读取数据
③打印收到的信息
④关闭子进程管道的读取端
⑤将子进程管道的写入端信息写入buf中

2.3 实验代码

整体代码如下

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

int main()
{
   
   
    int pfd[2];  //父进程的文件描述符数组
    int cfd[2];  //子进程的文件描述符数组
    pipe(pfd);   //父进程创建管道
    pipe(cfd);   //子进程创建管道
    char buf[10];  //缓冲区字符数组，存放传递的信息
    int pid = fork(); //创建子进程

    if(pid < 0){
   
   
        fprintf(0, "fork error\n");
        exit(1); //创建子进程错误
    }
    else if(pid == 0){
   
    //子进程
        close(pfd[1]); //关闭父进程管道的写入端
        read(pfd[0], buf, 4); //将父进程管道的读取端数据读取到buf中
        printf("%d: received %s\n", getpid(), buf); //打印收到的信息
        close(cfd[0]); //关闭子进程管道的读取端
        write(cfd[1],"pong", 4); //将"pong"写入子进程管道的写入端
    }else{
   
    //父进程
        close(pfd[0]); //关闭父进程管道的读取端
        write(pfd[1], "ping", 4); //将"ping"写入父进程管道的写入端
        close(cfd[1]); //关闭子进程管道的写入端
        read(cfd[0], buf, 4); //将子进程管道的读取端信息读取到buf中
        printf("%d: received %s\n", getpid(), buf); //打印收到的信息
    }

    exit(0); //正常退出
    return 0;
}

测试

①首先在makefile文件中添加$U/_pingpong\
②然后sudo make qemu进入xv6
③在终端中测试pingpong