# userprog

**Repository Path**: IvoryThule/userprog

## Basic Information

- **Project Name**: userprog
- **Description**: pintos2.1.3
- **Primary Language**: Unknown
- **License**: Not specified
- **Default Branch**: master
- **Homepage**: None
- **GVP Project**: No

## Statistics

- **Stars**: 0
- **Forks**: 0
- **Created**: 2025-05-25
- **Last Updated**: 2025-05-28

## Categories & Tags

**Categories**: Uncategorized

**Tags**: None

## README

# Pintos

## 实验目标

实现 Pintos 操作系统的用户进程系统调用接口，包括文件操作、进程管理等功能（虽然但是其实就是能通过那80个测试点）

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## 实验步骤与关键实现

### 1. 系统调用初始化

在 [`syscall_init`](userprog/syscall.c) 中注册系统调用中断处理函数：

```c
void syscall_init (void) 
{
  intr_register_int (0x30, 3, INTR_ON, syscall_handler, "syscall");
}
```

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### 2. 系统调用分发与参数校验

在 [`syscall_handler`](userprog/syscall.c) 中，根据系统调用号分发到对应的处理函数，并对用户传入的指针参数进行校验：

```c
static void syscall_handler (struct intr_frame *f UNUSED) 
{
  uint32_t* p = f->esp;
  check_ptr(p+1);
  int syscall_number = *p;
  p++;
  switch (syscall_number) {
    case SYS_HALT: sys_halt(); NOT_REACHED(); break;
    case SYS_EXIT: sys_exit(*p); break;
    // ... 其他系统调用 ...
    case SYS_READ: {
      int fd = *p;
      char *buffer = (char*)*(p+1);
      unsigned size = *(p+2);
      check_buffer(buffer, size);
      f->eax = sys_read(fd, buffer, size);
      break;
    }
    // ...
    default:
      printf("[ERROR] system call %d is unimplemented!\n", syscall_number);
      exit_special();
      break;
  }
}
```

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### 3. 用户指针校验

实现 [`check_ptr`](userprog/syscall.c) 和 [`check_buffer`](userprog/syscall.c) 对用户空间指针和缓冲区进行有效性检查，防止内核崩溃：

```c
void *check_ptr(const void *vaddr)
{ 
  if (!is_user_vaddr(vaddr)) exit_special();
  void *ptr = pagedir_get_page(thread_current()->pagedir, vaddr);
  if (!ptr) exit_special();
  // 检查4字节内容
  for (uint8_t i = 0; i < 4; i++) {
    if (get_user((uint8_t *)vaddr + i) == -1) exit_special();
  }
  return ptr;
}
```

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### 4. 文件操作系统调用实现

#### 文件打开、关闭、读写、定位等

- 每个线程维护自己的文件描述符表（`file_list`），通过 [`find_file`](userprog/syscall.c) 查找。
- 文件操作均加锁，防止并发冲突。

关键代码示例：

```c
int sys_open(const char*file)
{
  acquire_file_lock();
  struct file * open_file = filesys_open(file); 
  release_file_lock();
  struct thread *cur = thread_current();
  if(open_file){
    struct thread_file*temp = malloc(sizeof(struct thread_file));
    temp->fd = cur->next_fd++;
    temp->file = open_file;
    list_push_back(&cur->file_list, &temp->file_elem);
    return temp->fd;
  }
  return -1;
}

int sys_read(int fd, char*buffer, unsigned size)
{
  if(fd==0) { // 标准输入
    for(int i=0;i<size;i++) buffer[i] = input_getc();
    return size;
  } else {
    struct thread_file*temp = find_file(fd);
    if(temp) {
      acquire_file_lock();
      int res = file_read(temp->file, buffer, size);
      release_file_lock();
      return res;
    }
    return -1;
  }
}

void sys_close(int fd)
{
  struct thread_file*temp = find_file(fd);
  if(temp) {
    acquire_file_lock();
    file_close(temp->file);
    release_file_lock();
    list_remove(&temp->file_elem);
    free(temp);
  }
}
```

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### 5. 进程管理系统调用实现

如 `sys_exit`、`sys_exec`、`sys_wait` 等，直接调用进程管理相关内核函数。

```c
void sys_exit (int status)
{
  thread_current()->pcb->exitcode = status;
  thread_exit();
}
```

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### 6. 文件锁机制

为防止多线程/多进程并发访问文件系统时出现竞态，所有文件操作前后均调用 [`acquire_file_lock`](threads/thread.c) 和 [`release_file_lock`](threads/thread.c)。

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## 解决思路总结

1. **参数校验**：所有用户传入的指针都必须校验，防止非法访问内核空间。
2. **文件描述符管理**：每个线程维护自己的文件描述符表，分配唯一 fd。
3. **并发控制**：文件操作加锁，保证线程安全。
4. **系统调用分发**：通过中断和系统调用号分发到具体实现。
5. **资源回收**：进程退出时关闭所有打开的文件，释放资源。

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## 关键文件

- [`userprog/syscall.c`](userprog/syscall.c)
- [`threads/thread.c`](threads/thread.c)