chapter5 练习

• 本节难度： 看似唬人，其实就那样

本章任务

RustC

• 在 os 目录下 make run TEST=1 加载所有测例， test_usertest 打包了所有你需要通过的测例，你也可以通过修改这个文件调整本地测试的内容。

• 你的内核必须前向兼容，能通过前一章的所有测例。即，正确的 merge ch4。

• 结合文档和代码理解 fork, exec, wait 的逻辑。结合课堂内容回答本章问答问题（注意第二问为选做）。

• 完成本章编程作业。

• 最终，完成实验报告并 push 你的 ch5 分支到远程仓库。

注解

利用 git cherry-pick 系列指令，能方便地将前一章分支 commit 移植到本章分支。

编程作业

进程创建

大家一定好奇过为啥进程创建要用 fork + execve 这么一个奇怪的系统调用，就不能直接搞一个新进程吗？思而不学则殆，我们就来试一试！这章的编程练习请大家实现一个完全 DIY 的系统调用 spawn，用以创建一个新进程。

spawn 系统调用定义( 标准spawn看这里 )：

• syscall ID: 400

• C 接口：int spawn(char *filename)

• Rust 接口：fn sys_spawn(path: *const u8) -> isize

• 功能：相当于 fork + exec，新建子进程并执行目标程序。

• 说明：成功返回子进程id，否则返回 -1。

• 可能的错误：

  • 无效的文件名。

  • 进程池满/内存不足等资源错误。

实现完成之后，你应该能通过 spawn* 对应的所有测例，在 shell 中执行 usertest 来执行所有测试。

提示

• 注意 fork 的执行流，新进程 context 的 ra 和 sp 与父进程不同。所以你不能在内核中通过 fork 和 exec 的简单组合实现 spawn。

• 在 spawn 中不应该有任何形式的内存拷贝。

• spawn 不必 像 fork 一样复制父进程的地址空间。

问答作业

1. fork + exec 的一个比较大的问题是 fork 之后的内存页/文件等资源完全没有使用就废弃了，针对这一点，有什么改进策略？

2. [选做，不占分] 其实使用了题(1)的策略之后，fork + exec 所带来的无效资源的问题已经基本被解决了，但是今年来 fork 还是在被不断的批判，那么到底是什么正在”杀死”fork？回答合理即可。可以参考 fork-hotos19 。

3. 请阅读代码并分析如下程序的输出，不考虑运行错误，不考虑行缓冲：

   int main() {
       int val = 2;
   
       printf("%d", 0);
       int pid = fork();
       if (pid == 0) {
           val++;
           printf("%d", val);
       } else {
           val--;
           printf("%d", val);
           wait(NULL);
       }
       val++;
       printf("%d", val);
       return 0;
   }
   

   如果 fork() 之后一定主程序先运行结果如何？如果 fork() 之后一定 child 先运行结果如何？

4. 请分析如下程序运行后最终输出 A 的数量 (已知 || 的优先级比 && 高)：

   int main() {
       fork() && fork() && fork() || fork() && fork() || fork() && fork();
       printf("A");
       return 0;
   }
   

   [选做，不占分] 更进一步，如果给出一个 && || 的序列，你如何设计一个程序来得到答案？

报告要求

• [暂未支持] lab3.pdf CI 网站提交，注明姓名学号。

• 注意目录要求，报告命名 lab3.md 或 lab3.pdf，位于 reports 目录下。命名错误视作没有提交。不需要删除 lab1.md/pdf lab2.md/pdf。后续实验同理。

• 简单总结你实现的功能（200字以内，不要贴代码）。

• 完成 ch5 问答作业。

• [可选，不占分] 你对本次实验设计及难度的看法。