南京大学计算机系统基础实验 ICSPA（2023）PA 2 阶段 2

程序, 运行时环境与AM

AM 给我的感觉就是在硬件和软件之间的一个兼容层。有点像 rCore 当中使用的 Rust-SBI，提供了一组用于直接和硬件交互的 API。相比于操作系统，AM 感觉更像驱动，它并且没有操作系统那么多复杂的功能，不会进行进程管理，只是给它上层的软件提供和硬件交互的 API 而已。所以可能操作系统下面也可以有一个 AM？

这样做的好处，当然是把软件和硬件解耦和了。每次有一个新的架构发布的时候，或着新的操作系统发布，都只需要多维护一份代码就可以了。

通过批处理模式运行NEMU

至于第一个必做题，从 main() 开始找，稍微找一点就可以找到，在 sdb_mainloop() 里面一开始就判断了是否是批处理模式。找到这个变量被修改的地方，可以发现是通过传递 -b 参数来开启 NEMU 的批处理模式。于是，只需要在 Makefile 文件中 找到 NEMU 启动时候传入的参数 NEMUFLAGS，加上 -b 参数就好了。

实现字符串处理函数

这其实没什么好说的，就是基础的语法题。完成这个任务的前提是需要实现大部分的指令。

实现 sprintf

sprintf() 的实现相比上一个任务来说就有趣的多了。这里第一次接触到了可变参数。

可变参数是由 stdarg.h 库提供的。其关键的几个宏和使用方法如下：

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#include <stdarg.h>
#include <stdio.h>

// 功能：求可变个数个 int 的和
int sum(int num_args, ...) {
    int total = 0;
    va_list args;

    // 初始化 args 以便访问可变参数列表
    va_start(args, num_args);

    // 遍历所有的参数并累加它们
    for (int i = 0; i < num_args; i++) {
        total += va_arg(args, int);  // 这里的第二个参数的值是当前 arg 的类型
    }

    // 清理 args
    va_end(args);

    return total;
}

在我们需要实现的代码中可以看到，vsprintf() 的参数里有一个 va_list ap 变量，所以我们在 sprintf() 中只需要使用宏 va_start 来初始化可变参数，然后调用 vsprintf() 将其传入进行处理即可。具体的字符串处理部分是在 svprintf() 里面实现的。

这里也运用了讲义上面讲到的「抽象」的思想，将不同用途的 printf 抽象出来一个 vsprintf()，然后其他地方只需要将参数进行一些处理，然后调用 vsprint() 就可以了。大大减少了代码的重复率。

需要注意的是，sprintf() 等函数也会在输出最后添加 '\0'，我因为这个被卡了半小时……

重新认识计算机: 计算机是个抽象层

PA 里反复强调了一个概念：程序是一个状态机。这个概念也在 jyy 老师的另一门课《操作系统：设计与实现》当中反复强调。当有了这个概念之后，再去理解计算机到底是怎么实现执行我们编写的指令，就会豁然开朗：其实计算机就是不停根据当前寄存器、内存的状态，按照指令指引的方向，不停进入到下一个状态。

而对于程序来说，计算机其实给我们提供了跟硬件交流的接口，通过这些接口，我们可以在不需要知道底层硬件实现原理和运行方式的情况下，实现对硬件的操控。

基础设施(2)

实现 iringbuf

环形缓冲区其实就是一个循环数组，循环将每次执行的指令保存下来，满了就直接覆盖就好了。

我新建了 include/cpu/iringbuf.h 文件，在里面实现了 iringbuf 的相关内容，然后在 NEMU 进行记录和退出的地方调用函数进行记录和输出。Kconfig 文件中也需要新建一个新的选项 IRINGBUF，这样就可以通过判断宏标记 CONFIG_IRINGUF 来动态编译代码。

实现效果：

实现 mtrace

mtrace 的实现就没什么好说的了。按照讲义来写就好了。另外，我觉得在终端中输出 mtrace 没有太大的意义，所以我只将其写入了 log 文件中。

实现效果如下，与内存访问有关的指令在 log 文件中都输出了 mtrace：

实现 ftrace

有关符号表的内容我正好最近在实习的时候有接触过，所以实现起来还是比较简单的。其实本质上符号表就是一个「名称-地址」映射表，记录着每一个符号对应的地址。而对于函数来说，就是函数名对应其第一行指令的地址。