MIT6.828学习之homework5:xv6 CPU alarm

向xv6添加一个功能，当进程使用CPU时间时，该功能会定期发出警报

这个作业主要是分两步完成：
第一步是添加alarm系统调用，这跟homework 3那里添加date系统调用基本一样，根据hint一步步下去就行。这里就不再赘述。
第二步是设置陷入后内核的处理，即修改trap.c/trap()函数，这个是比较难的。

 Hint:Add some new field in struct proc and initialize proc fields in allocproc() in proc.c.
 
 //proc.h/struct proc
 int alarmticks;			   // set the standard for the alarm
  int alarminterval;           // how many ticks have passed since the last call
  void (*alarmhandler)();	   // a function pointer  

//proc.c/allocproc()/found
  // Initialzize some part of ticks
  p->alarminterval = 0;
  p->alarmticks = -1; //if there is no sys_alarm, it will never be valid

这一步还初始化了alarmticks=-1，真是学到了。
void (*alarmhandler)(); 函数指针定义在结构体里，以前也用的少，得多练

Hint: Every tick, the hardware clock forces an interrupt, which is handled in trap() by case T_IRQ0 + IRQ_TIMER; you should add some code here.

Hint: You only want to manipulate a process's alarm ticks if there's a process running and if the timer interrupt came from user space; you want something like

    if(myproc() != 0 && (tf->cs & 3) == 3) ...

Hint: In your IRQ_TIMER code, when a process's alarm interval expires, you'll want to cause it to execute its handler. How can you do that?

Hint: You need to arrange things so that, when the handler returns, the process resumes executing where it left off. How can you do that? 

//trap.c/trap():
case T_IRQ0 + IRQ_TIMER:
    if(cpuid() == 0){
      acquire(&tickslock);
      ticks++;
	  wakeup(&ticks);
      release(&tickslock);
	}
	//if there's a process running and if the timer interrupt came from user space
	if(myproc() != 0 && (tf->cs & 3) == 3){
		myproc()->alarminterval++;
		//cprintf("interval %d alarmticks: %d\n",myproc()->alarminterval,myproc()->alarmticks);
		if(myproc()->alarminterval == myproc()->alarmticks){
			myproc()->alarminterval = 0;
			//myproc()->alarmhandler();是不是每个人写这里都会这样写，hahaha
	    	//cprintf("ticks: %d alarmticks: %d\n", ticks,myproc()->alarmticks);
			//cprintf("%d alarm!\n",myproc()->alarmticks);
	  		//lapiceoi();

			//push the old eip to stack
	  		tf->esp -= 4;
			*((uint*)(tf->esp)) = tf->eip;
			//what in eip will be the next instruction to execute
			tf->eip = (uint)myproc()->alarmhandler;
	    }
	     
	}    
    
    lapiceoi();
    break;

在trap()中试了好多次myproc()->alarmhandler();完全没有用，一度以为是结构体中定义错了，结果是这样：

既然handler在用户态，那么内核态必然不能执行；需要中断切换回用户态后才能执行。那么，如何使得切换回用户态后，执行handler，执行完毕继续执行原来的代码（old eip）呢？很简单，利用函数返回的机制，save and restore，将原来的eip压栈，然后将eip修改为handler的地址即可。对这一块不太清楚的话，可以去看一下trapasm.S,看一下这部分代码是如何陷入中断，然后返回的。
感谢孟永康

写好了这些之后，发现还是不行，

于是我就把myproc()->alarminterval跟myproc()->alarmticks输出来看看：

发现interval只到6就停了，让我想起了那个hint：

If you only see one "alarm!", try increasing the number of iterations in alarmtest.c by 10x.

我就把alarmtest.c中i<25500000改成i<250500000
结果还是不太对劲，为什么还是只有5个alarm，点点也不规律且比别人多很多，这是为什么？
可能跟虚拟机时钟频率有关？

最后

还有个问题，就是为什么会陷入到case T_IRQ0 + IRQ_TIMER？
系统在固定的时间间隔都发生一次时钟中断，每当计数器溢出的时候，就会产生中断，陷入到case T_IRQ0 + IRQ_TIMER去处理，处理完后在计数器重置，返回原进程。

“时钟中断”是特别重要的一个中断，因为整个操作系统的活动都受到它的激励。系统利用时钟中断维持系统时间、促使环境的切换，以保证所有进程共享CPU;利用时钟中断进行记帐、监督系统工作以及确定未来的调度优先级等工作。可以说，“时钟中断”是整个操作系统的脉搏。
谢谢Farmwang

参考

Linux之时钟中断详解
HW xv6 CPU Alarm