操作系統(tǒng)課件

實驗3

UserEnvironments實驗內容首先要說明的是：這里的Environment類似于UNIX系統(tǒng)中的process用戶進程管理;加載用戶程序（ELF格式）;用戶程序的組成部分和編譯;中斷和異常處理增加系統(tǒng)調用實驗指導Chapter5.pdfJOS_exp_3.pdf實驗3增加的代碼inc/env.h Publicdefinitionsforuser-modeenvironments trap.hPublicdefinitionsfortraphandling syscall.hPublicdefinitionsforsystemcallsfromuserenvironmentstothekernel lib.h Publicdefinitionsfortheuser-modesupportlibrarykern/env.hKernel-privatedefinitionsforuser-modeenvironments env.cKernelcodeimplementinguser-modeenvironments trap.hKernel-privatetraphandlingdefinitions trap.cTraphandlingcode trapentry.SAssembly-languagetraphandlerentry-points syscall.hKernel-privatedefinitionsforsystemcallhandling syscall.cSystemcallimplementationcodelib/MakefragMakefilefragmenttobuilduser-modelibrary,obj/lib/libuser.a entry.SAssembly-languageentry-pointforuserenvironments libmain.cUser-modelibrarysetupcodecalledfromentry.S syscall.cUser-modesystemcallstubfunctions console.cUser-modeimplementationsofputcharandgetchar,providingconsoleI/O exit.cUser-modeimplementationofexit panic.cUser-modeimplementationofpanicuser/* Varioustestprogramstocheckkernellab3code合并實驗3的代碼gitcheckout-blab3origin/lab3gitmergelab2用戶進程管理(數(shù)據(jù)結構)表示用戶進程信息的數(shù)據(jù)結構(進程控制塊pcb)：

structEnv{

structTrapframeenv_tf;//Savedregisters LIST_ENTRY(Env)env_link;//Freelistlinkpointers u_intenv_id;//Uniqueenvironmentidentifier u_intenv_parent_id;//env_idofthisenv'sparent u_intenv_status;//Statusoftheenvironment

Pde*env_pgdir;//Kernelvirtualaddressofpagedir u_intenv_cr3;//Physicaladdressofpagedir }；structEnv數(shù)組：structEnv*envs=NULL,*curenv=NULL；空閑structEnv鏈表：structEnv_listenv_free_list；用戶進程管理(功能函數(shù))env_init()：分配structEnv數(shù)組內存和初始化空閑evn鏈表i386_vm_init()中增加映射Env數(shù)組到UENVS

到這里應該明白mitjos內存布局設計中的每一部分含義（inc/memlayout.h）用戶進程管理(功能函數(shù)2)env_create()env_alloc()//初始化env數(shù)據(jù)結構中的所有成員變量（內存布局，Trapframe寄存器）env_setup_vm()//初始化內存布局load_icode()//加載elf文件內容segment_alloc()//實際分配物理內存，并映射到該進程的虛擬內存用戶進程管理(功能函數(shù)3)env_run()env_pop_tf()iretESP虛擬內存Trapframe|SSESPEFLAGS|CSEIPerrorcodeinterruptnum|DSpushal|ES低地址高地址用戶程序用戶程序的組成：user/hello.c：用戶程序代碼lib/*：實現(xiàn)用戶程序的初始化封裝系統(tǒng)調用，方便用戶程序調用編譯：首先把lib/*編譯成靜態(tài)鏈接庫libjos.alib/entry.S+libjos.a+libgcc.a+hello.c->hellouser/user.ld（注意內存布局）運行：startsrunningatlib/entry.Scallslibmain(),inlib/libmain.clibmain()thencallsumain()用戶程序集成因為目前沒有文件系統(tǒng)，所以把編譯之后的多個應用程序（ELF文件）直接集成到kernel中l(wèi)d...-bbinaryobj/user/helloobj/user/buggyhello...nm-nobj/kern/kernel>obj/kern/kernel.symi386_init()ENV_CREATE(user_hello)#defineENV_CREATE(x) { \ externuint8_t_binary_obj_##x##_start[], \ _binary_obj_##x##_size[]; \ env_create(_binary_obj_##x##_start, \ (int)_binary_obj_##x##_size); \}x86保護方式下的中斷和異常Interrupts（中斷）可屏蔽中斷，INTR引腳不可屏蔽中斷，NMI引腳Exceptions（異常）處理器自動檢測觸發(fā)：除數(shù)為0，無效指令，一般保護性錯誤，頁故障，等等指令觸發(fā)（軟中斷）：INTO，INT3，INTn，BOUND中斷和異常用一個整數(shù)來標示：NMI和異常：0~31中斷：32~255x86保護方式下的中斷和異常Exceptions（異常）Fault（故障）：重新執(zhí)行引起故障的指令Taps（陷阱）：執(zhí)行下一條指令Aborts（中止）：嚴重的系統(tǒng)錯誤，不容易定位引發(fā)錯誤的指令x86保護方式下的中斷和異常IDTR長度為48位的寄存器。其中32位用作中斷描述符表在存儲器中的線性基地址，16位為該表所占的主存空間的字節(jié)大小-1。它們分別被稱為基址字段和界限字段

線性基址界限主存中斷描述符0中斷描述符1中斷描述符2描述符255015031IDTRx86保護方式下的中斷和異常中斷描述符中斷01110：進入中斷后，EFLAGS中的IF自動復位為0，即自動屏蔽中斷異常01111：不改變EFLAGS中的IFx86保護方式下的中斷和異常中斷入口中斷描述符也叫做中斷門（gate）x86保護方式下的中斷和異常中斷進入過程（用戶模式-->核心模式）切換到核心模式的堆棧SS,ESP把用戶模式下的SS,ESP,EFLAGS,CS,EIP壓棧EFLAGS中的TF和IFERRORCODEx86保護方式下的中斷和異常核心模式的堆棧SS,ESP通過任務狀態(tài)段TSS來獲取TR任務寄存器

段選擇字015x86保護方式下的中斷和異常2已經(jīng)在核心模式下的中斷進入不切換堆棧，只把EFLAGS,CS,EIP壓棧EFLAGS中的TF和IF：同用戶模式ERRORCODE：同用戶模式

Thereisoneimportantcaveattotheprocessor'snestedexceptioncapability.Iftheprocessortakesanexceptionwhilealreadyinkernelmode,andcannotpushitsoldstateontothekernelstackforanyreasonsuchaslackofstackspace,thenthereisnothingtheprocessorcandotorecover,soitsimplyresetsitself.Needlesstosay,thekernelshouldbedesignedsothatthiscan'thappen.x86保護方式下的中斷和異常序號描述類型errorcode指令0除法錯，除數(shù)為0FaultNo整數(shù)除法1調試Fault/TrapNo3斷點TrapNoINT34overflowTrapNoINTO5BoundscheckFaultNoBOUND6無效指令FaultNo無效指令7coprocessor無效FaultNo8doublefaultAbortYes10無效TSSFaultYes11segmentnotpresentFaultYes12stackexceptionFaultYes13一般保護性故障FaultYes14頁故障FaultYes訪問內存代碼16浮點錯誤FaultNo32~255中斷TrapNoINTn權限CPL：是當前進程的權限級別，存在于cs寄存器的低兩位；RPL：是進程對段訪問的請求權限，位于段選擇符的低兩位；DPL：存儲在段描述符和中斷描述符中，規(guī)定訪問該段的權限級別和通過該中斷門的權限；

核心態(tài)的權限級別為0，用戶態(tài)為3 max（CPL，RPL）<=DPL中斷過程初始化中斷描述符表：trap.c：idt_init（）完成各個中斷處理的入口代碼：trapentry.S中斷處理的統(tǒng)一入口代碼：trapentry.S：_alltrapstrap.c：trap（）中斷處理；中斷返回：env_run（）->env_pop_tf（）中斷過程的堆棧中斷進入