实验7

一、分析

  现在的Nachos并没有实现内存页的动态分配，每当其读取一个用户进程时，将其数据按顺序从内存页的起始页开始加载，这导致逻辑页与物理页变成一一对应的关系，因此需要改写创建新AddrSpace时的代码。因为需要对已分配的页进行管理，可以维护一个文件系统中使用过的BitMap对象。

 

二、修改

  

首先需要为AddrSpace类增加一个BitMap类的对象，设为static以让所有类对象共享。

 Static类型的对象指针要在方法外部初始化。

在初始化页表时，将一个逻辑页映射到freeMap中空闲的页上。

同时，析构函数中需要释放freeMap中页。

初始化分配的页表时，因为页表的分配可能不是连续的（目前来说是连续分配的，因为并没有实现Yelid或sleep等系统调用），因此需要对每一个页表进行置0操作。因为页表的分配方式发生了改变，因此，读取程序代码段和数据段的代码也要进行改变。

这是对noff文件中代码段的读取。因为页的分配可能是不连续的，因此需要一页一页地进行读取，cursor记录了当前读取的文件游标位置。同时，因为代码段结尾可能不在页的起始位置，因此需要计算结尾的偏移，而代码段的开头为0，但为了和后续对数据段的读取代码统一，还是计算开头的偏移，尽管其在此处为0。开头和结尾所在的页需要进行单独处理，而中间的页总是占满页表，可以循环读取。另外，在读取开头段时要处理开头和结尾都在同一个页中的特殊情况。每读取一页，下一页的物理页数需要通过页表获取。

对数据段的读取与代码段类似，不再赘述。

此时已完成对内存空间的扩展，但是重新运行程序并看不出变化，也无法进行测试，需要进行实验8

 

实验八

一、分析

  实验八中，需要运行如下用户程序

该程序通过系统调用Exec来创建一个子进程执行halt这个用户程序，然后返回这个程序的pid。目前的Nachos对除了Halt的系统调用都没有具体实现。实验八要求我们对其中的Exec和Exit进行实现。

二、Exec的实现

  在exec.c的汇编文件exec.s中，程序调用了Exec函数，该函数在syscall,h中声明，在start.s中实现。同时可以看到，exec将调用Exec的函数的参数”../test/halt.noff”的地址放到了$4号寄存器中，该寄存器时用于存放子函数的参数的。

打开start.s

可以看出，其中对所有系统调用函数的实现都是通过将系统调用的标志放进$2号寄存器中，然后调用syscall指令，该指令会调用machine类的RaiseException

而RaiseException会调用exception类的ExceptionHandler来处理中断。

中断处理程序中，首先将寄存器$2中存储的系统调用类型取出来，然后根据系统调用的类型进行对应的处理。至此我发现了对Exce实现所要修改的程序位置

接下来的问题为如何获取要执行的文件的路径。上面分析到Exec的参数地址被存放$4号寄存器中，因此需要把4号寄存器的内容取出来，然后逐个往下读取，直到遇到字符串中止符’\0’

 

  还有一个问题时是如何对Exec创建的用户进程的地址空间编号，以便在进行JOIN系统调用时可以根据这个编号找到对应的进程（虽然没要求实现JOIN）。为使编号唯一，在system中添加一个int数组来记录分配的ID号，并初始化为0

同时为类AddrSpace新增一个spaceID成员，并在构造函数中初始化它。

创建一个新的用户线程需要创建一个Thread，然后在这个新Thread中执行对新的用户程序的解释执行。Thread的Fork函数的参数指定了这个Thread要执行的函数，这个函数的参数为int，为了新创建的Thread能执行StartProcess来启动对用户程序的执行，可以将StartProcess函数的参数类型改为int，然后再函数内部将int转换成char *，但是这样做需要改变同时这个函数在其他地方的extern声明，因此我复制了一个StartProcess函数，然后把他的参数改成int。

同时为了在ExceptionHandler能够引用这个函数，需要在exception类前进行声明

之后我们便可以创建新的Thread，然后执行

调用Fork后，需要记录创建的线程的地址空间的ID，寻找spaceIDs中第一个未分配的ID号，该ID即为接下来线程将使用的ID，接下来，主线程需要Yield来切换到子线程，当子线程执行完返回后，我们将id写入寄存器2中，以将其赋值给pid。最后，因为处理完系统调用后，原来的指令解释的SWITH中使用了return而非break，因此PC计数器并不会增加，需要调用AdvancePC手动增加。

至此，Exec的实现已经完成，执行exec.noff进行测试。

 

三、Exit的实现

 

实验要求还需要将Exit的参数存储起来以便Join获取进程的退出状态，因为无法测试，所以只是简单地将进程结束。最后修改程序进行测试。