Betriebssysteme KU - Einführungstutorium

Transkript

1 Betriebssysteme KU - Einführungstutorium SWEB-Tutoren irc://irc.at.euirc.net/bs

2 Teamwork Arbeitsaufteilung? Zeiteinteilung? Codeeinteilung? Kommunikation!

3 Kommunikation Kommunikation mit dem Team Gruppentreffen Chat Kommunikation mit anderen Newsgroup: tu-graz.lv.bs.sweb Helpline: IRC- Channel: irc://irc.at.euirc.net/bs

4 1 Booting SWEB 2 Running SWEB 3 Hilfe

5 Booting Grub, boot.s, Paging, call startup (main.cpp:77) main.cpp:182 ff. char const * user_progs [ ] = { "/ user_progs / helloworld. sweb ", 0 } ; Scheduler : : instance() >addnewthread ( new MountMinixAndStartUserProgramsThread ( new FileSystemInfo (* root_fs_info ), user_progs ) ) ; // [... ] ArchInterrupts : : enableinterrupts ( ) ; Scheduler : : instance() >yield ( ) ;

6 MountMinix ist ein Kernel Thread (läuft nur im Kernel-space) mounted die Minix Partition lädt die User-Programme und startet diese wartet bis das letzte Programm terminiert und unmounted die Partition dann wieder.

7 UserProcess von Thread abgeleitet führt Code eines executables aus hat einen virtuellen Adressraum (Loader) im Userspace

8 Loader setzt Adressraum für UserProcess auf lädt den Executable Code (ELF32-Format) Constructor: lädt nur den Dateiheader der eigentliche Code wird on demand geladen Loader.cpp:351 ff. void Loader::loadOnePageSafeButSlow ( uint32 virtual address );

9 Timer-Interrupt Interrupts werden in den InterruptUtils behandelt. Beispiele: Timer / Clock Interrupt (IRQ0) Tritt immer nach Ablauf einer definierten Zeitspanne auf. InterruptUtils::irqHandler_0()... heart_beat_value = ( heart_beat_value + 1) % 4 ; Scheduler : : instance() >incticks ( ) ; uint32 ret = Scheduler : : instance() >schedule ( ) ; switch ( ret ) { case 0 : ArchInterrupts : : EndOfInterrupt ( 0 ) ; arch_switchthreadkerneltokernelpagedirchange ( ) ; case 1 : ArchInterrupts : : EndOfInterrupt ( 0 ) ; arch_switchthreadtouserpagedirchange ( ) ;...

10 Page Fault Handler Zugriff auf eine Speicherstelle, die nicht aufgelöst werden kann PageFault. Muss richtig behandelt werden: Code aus binary nachladen Prozess wegen Speicherzugriffsverletzung terminieren...

11 1 Booting SWEB 2 Running SWEB 3 Hilfe

12 Scheduler hält Liste mit allen Threads führt schedule() immer bei irq 0 aus, nächster freier Thread kommt dran yield() irq 65 schedule() Methoden zum verwalten von Threads Scheduler : : addthread ( Thread * thread ) ; beinhaltet den IdleThread, löscht tote Threads

13 Prozessstart Prozessobjekt erstellen Stack und ArchThreadInfo für User- und Kernelspace wird reserviert Loader läd executable Im ELF-Header im executable steht die Einsprungadresse Instruction Pointer für den Userspace wird auf diese Adresse gesetzt switch_to_userspace_ = 1

14 Prozessausführung Wenn der Scheduler den Prozess (bzw. Thread) an die Reihe nimmt: Überprüfe switch_to_userspace_ (Beim Prozessstart immer 1) Lade entsprechende Registerwerte aus ArchThreadInfo Damit ist der EIP gleich der Einsprungadresse CPU führt den sich dort befindenden Code aus

15 Einsprungspunkt: arch/x86/userspace/start.s arch/x86/userspace/start.s:1-9 BITS 32 extern extern main syscall global _start _start : ; we dont touch parameters on stack call main

16 Ausführung von helloworld userspace/tests/helloworld.c # include <s t d i o. h> int main ( ) { puts ( " hello, world " ) ; return 0 ; } Handelsübliches Hello World Programm Brian Kernigham, 1974

17 Ausführung von helloworld userspace/libc/printf.c:510 int puts ( const char * output_string ) {... characters_written = write ( STDOUT_FILENO, ( void *) output_string, string_length ) ;... } Library Funktion Sanity Check des Arguments Aufruf des Systemcalls write

18 Ausführung von helloworld userspace/libc/write.c:61 size_t write ( int file_descriptor, const void * buffer, size_t count ) { return syscall ( sc_write, file_descriptor, ( long ) buffer, count, 0x00, 0 x00 ) ; } Library Teil des Syscalls Ruft Low-Level Teil syscall auf

19 Ausführung von helloworld arch/x86/userspace/start.s:7 syscall : ; s e t u p s t a c k... ; ok, we have to s a v e ALL r e g i s t e r s we a r e now g o i n g to ; o v e r w r i t e f o r our s y s c a l l... int 0 x80 ;... ret Kopiert Argumente in Register (eax, ebx,...) Erzeugt CPU-Interrupt 0x80 (= ) Wechsel in Kernelspace

20 Userspace/Kernelspace Im Source Userspace: userspace/ Kernelspace: common/, arch/ Scheduler, UserProcess, etc. In der Ausführung: Unterschiedliche Contexte CPU-Register (eax,...) Stack (esp, ebp) Memory (Page Directory, cr3) Kernel und Userspace teilen sich Memorylayout Aber: unterschiedliche Zugriffsrechte ThreadInfosUserspaceThread, ThreadInfosKernelThread (in arch/common/include/archthreads.h)

21 Definition von Syscalls arch/x86/source/arch_interrupts.s Einsprungspunkt im Kernel Speichern des (User-) Contexts Ruft syscallhandler (Low-Level) auf arch/x86/source/interruptutils.cpp:673 extern " C" void syscallhandler ( ) { currentthread >user_arch_thread_info_ >eax = Syscall : : syscallexception ( currentthread > user_arch_thread_info_ >eax,... ) ;... }

22 Syscalls im Kernel common/source/kernel/syscall.cpp:19 uint32 Syscall : : syscallexception ( uint32 syscall_number, uint32 arg1,... {... switch ( syscall_number ) {... case sc_write : return_value = write ( arg1, arg2, arg3 ) ; break ;... } return return_value ; } High-Level Dispatch für alle Syscalls

23 Definition von Syscalls TODO: 1 Neue Syscall Nummer in common/include/kernel/syscall-definition.h eintragen 2 Syscall Library Funktion schreiben 3 Syscall Handler in Syscall::syscallException hinzufügen

24 Syscall::write common/source/kernel/syscall.cpp:58 // s a n i t y c h e c k s if ( ( buffer >= 2U *1024 U *1024 U *1024 U ) ( buffer+size > 2U *1024 U *1024 U *1024 U ) ) { return 1U ; } if ( fd == fd_stdout ) // s t d o u t { debug ( SYSCALL, " Syscall :: write : %B\n", ( char *) buffer, size ) ; kprint_buffer ( ( char *) buffer, size ) ; } return size ;

25 debug( uint32 flag, const char *fmt,...) schreibt auf die Commandline in der qemu ausgeführt wird in common/include/console/debug.h sind die flags. const uint32 SYSCALL = 0 x OUTPUT_ENABLED ; Für neue Bereiche, neue Flags erstellen. in common/source/console/kprintf.cpp:422 kann man die Tags sowie deren Farbe einstellen Für keine Farbausgabe NO_COLOR definieren.

26 kprint_buffer, kprintf und Co kprint_buffer, kprintf, schreibt un-/formatted auf das Sweb-Terminal kprintd_buffer, kprintfd geht un-/formatted auf die Debug-Console Für Debug Ausgaben besser debug verwenden!

27 Prozessterminierung userspace/tests/helloworld.c # include <s t d i o. h> int main ( ) { puts ( " hello, world " ) ; return 0 ; } Was macht return 0 oder Funktionsende? Nichts besonderes...

28 Prozessterminierung (2) arch/x86/userspace/start.s:9 ff. call main push 0 x00 push 0 x00 push 0 x00 push 0 x00 push eax ; eax i s t h e r e t u r n v a l u e from main push 0 x01 ; s y s c a l l code f o r e x i t == 1 call syscall Was passiert wenn syscall returniert? Was macht syscall mit 0x1 und eax?

29 Prozessterminierung (3) common/source/kernel/syscall.cpp (Fragmente bzgl. exit) uint32 Syscall : : syscallexception ( uint32 syscall_number,... {... case sc_exit : exit ( arg1 ) ; break ;... } void Syscall : : exit ( uint32 exit_code ) { currentthread >kill ( ) ; }

30 Prozessterminierung (4) common/source/kernel/thread.cpp:89 ff. void Thread : : kill ( ) { switch_to_userspace_ = false ; state_=tobedestroyed ; if ( currentthread == this ) { ArchInterrupts : : enableinterrupts ( ) ; Scheduler : : instance() >yield ( ) ; } }

31 Prozessterminierung (5) Scheduler ruft delete auf, wenn Status ToBeDestroyed UserProcess/Thread Destruktor UserProcess : : UserProcess ( ) { if ( fd_ > 0) { vfs_syscall. close ( fd_ ) ; } process_registry_ >processexit ( ) ; } Thread : : Thread ( ) { if ( loader_ ) { loader_ >cleanupuserspaceaddressspace ( ) ; } delete loader_ ; ArchThreads : : cleanupthreadinfos ( user_arch_thread_info_ ) ; ArchThreads : : cleanupthreadinfos ( kernel_arch_thread_info_ ) ; if ( fs_info_ ) { delete fs_info_ ; } }

32 1 Booting SWEB 2 Running SWEB 3 Hilfe

33 SWEBWiki Viele Tutorials und Infos zu SWEB Wird laufend erweitert

34 Live Programming Live Programming am (Dienstag) Gut evaluiert, scheint also sinnvoll zu sein Wir implementieren einen Syscall Aufzeichnung

35 Prozessstart Prozessobjekt erstellen Stack und ArchThreadInfo für User- und Kernelspace wird reserviert Loader läd executable Im ELF-Header im executable steht die Einsprungadresse Instruction Pointer für den Userspace wird auf diese Adresse gesetzt switch_to_userspace_ = 1

36 Prozessausführung Wenn der Scheduler den Prozess (bzw. Thread) an die Reihe nimmt: Überprüfe switch_to_userspace_ (Beim Prozessstart immer 1) Lade entsprechende Registerwerte aus ArchThreadInfo Damit ist der EIP gleich der Einsprungadresse CPU führt den sich dort befindenden Code aus

37 Einsprungspunkt: start.s BITS 32 extern extern main syscall global _start _start : ; we dont touch parameters on stack call main

38 C-Programm: helloworld.c helloworld.c # include <s t d i o. h> int main ( ) { puts ( " hello, world " ) ; return 0 ; } Wie funktioniert puts?

39 Fragen?