2024 春夏季开源操作系统训练营 阶段二 Lab1 实验报告

编程作业

题目要求是实现 sys_task_info() 系统调用函数，该函数返回当前正在执行的任务的 TaskInfo。

TaskInfo 中统计的信息有：

• syscall_times[]，该任务调用的每个 syscall 的次数；
• time，该任务从第一次开始执行到当前所经历的时间。

这两个信息在框架中都没有维护，需要我们自己编写代码维护。

阅读框架代码后发现，任务是存储在 TaskManager 中，因此我们考虑在这里面新建变量来维护这两个信息。至于为什么不在 TaskControlBlock 中维护，是因为 TCB 维护的是任务的状态，而这两个信息和任务的状态没有太多的关系。

我们可以用一个二维数组存储每个任务的 syscall_times[]，一个一维数组来存储每个任务第一次开始执行的时间点，time 就等于当前时间减去这个值。除此之外，还需要新建对应的 getter 函数，来根据 current_task 返回当前任务的信息。

接下来是何时更新这两个值。

time 需要在线程第一次被执行的时候赋值，因此需要在 run_first_task() 和 run_next_task() 中更新，每次更新需要判断该值是否被赋值过，若没有赋值过才进行赋值，因为我们维护的是第一次执行的时间点。

而 syscall_times[] 则是在 syscall() 中直接更新就好了。为了代码的安全性，我们最好在 TaskManager 中新建一个函数，根据 syscall_id 增加对应的值，而不是直接把 syscall_times 设成 pub。

最后，只需要在 sys_task_info 中调用对应的函数，创建新的 TaskInfo 返回就好了。

简答题

第一题

如下图所示，从上到下依次是 ch2b_bad_address.rs、ch2b_bad_instructions.rs 和 ch2b_bad_register.rs 的输出内容。最后一个是 ch2b_hello_world.rs，能够正常运行。

可以看到，第一个程序触发了 StoreFault，因为其试图访问一个非法的内存地址。后面两个触发了 IllegalInstruction，代表处理器尝试执行一个不存在的指令，这是因为当前处理器运行在 U 态，而程序想要执行 S 态指令。

我使用的 RUST-SBI 版本是 0.2.0-alpha.2。

第二题

1. a0 是调用的返回值。换栈的时候不会修改 a0 的值。两种使用场景：系统调用后返回 U 态，发生异常中断后返回 U 态。
2. 处理了 sstatus、sepc 和 sscratch 这三个 CSR 寄存器。
   • sstatus：这是用来表示目前处理器的状态的寄存器，包含中断使能、特权级等信息，返回 U 态的时候需要恢复之前的状态。
   • sepc：存放着发生中断时候的 pc 的值，在返回 U 态的时候需要重新加载进 pc 里。
   • sscratch：存储了 U 态的通用寄存器的值，在返回 U 态的时候需要复原。
3. x2 是 sp 栈指针，x4 是 tp 线程指针，都是最后再单独处理。
4. sp 此时是 U 态的栈指针，sscratch 是 S 态的栈指针。
5. 是 sret 这条指令。这条指令会修改状态寄存器等一些列寄存器，从 S 态返回 U 态。
6. sp 此时是 S 态的栈指针，sscratch 是用户态的栈指针。
7. 是在 sbi.rs 里面的 sbi_call() 当中，内联汇编中的 ecall 指令。

资料

RV32I 通用寄存器

荣誉准则

1. 在完成本次实验的过程（含此前学习的过程）中，我曾分别与 以下各位 就（与本次实验相关的）以下方面做过交流，还在代码中对应的位置以注释形式记录了具体的交流对象及内容：

   无

2. 此外，我也参考了 以下资料 ，还在代码中对应的位置以注释形式记录了具体的参考来源及内容：

   无

3. 我独立完成了本次实验除以上方面之外的所有工作，包括代码与文档。 我清楚地知道，从以上方面获得的信息在一定程度上降低了实验难度，可能会影响起评分。
4. 我从未使用过他人的代码，不管是原封不动地复制，还是经过了某些等价转换。 我未曾也不会向他人（含此后各届同学）复制或公开我的实验代码，我有义务妥善保管好它们。 我提交至本实验的评测系统的代码，均无意于破坏或妨碍任何计算机系统的正常运转。 我清楚地知道，以上情况均为本课程纪律所禁止，若违反，对应的实验成绩将按“-100”分计。