Pintos Project2 - User Programming

Project 2 - User Programming

 

  Project 1에서는 Kernel 영역에서 쓰레드들을 생성하고 Scheduling을 제대로 수행하도록 만들었다. Project2에서는 사용자의 입력을 받아 원하는 작업을 수행할 수 있는 기능을 구현하고, 사용자의 명령을 Kernel 영역에서 실행해줄 System Call들을 만든다. 프로젝트를 완료하면, PINTOS에서 특정 파일을 실행시켜 원하는 결과를 얻을 수 있다.

 

* 이번 프로젝트는 System Call들을 구현하기 전까지 제대로 구현했는지 테스트를 통해 알아보기 힘들기 때문에, hex_dump()등의 함수를 잘 활용하자.

 

목표 : User의 입력을 받는 기능을 구현하고, User가 의도한 결과를 return하기 위해 Kernel 영역에서 수행되는 System Call들을 만든다. 

 

Project 2 - 기본 내용

1. User Mode / Kernel Mode + User Stack

  프로세스/쓰레드는 User Mode와 Kernel Mode를 왔다갔다하며 수행한다. User Mode는 사용자가 사용을 하는 영역, Kernel Mode는 사용자의 입력을 받아 Kernel 단에서 수행을 해주는 영역이다. User Mode에서 사용자가 입력을 하면 해당 입력 내용이 User Stack에 저장되고, Kernel Mode에서 입력 내용을 꺼내어 원하는 작업을 수행하게 된다. User Mode에서 사용자의 입력을 User Stack에 저장하는 작업을 여기선 Argument Stack이라고 부른다.

 

2. System Call

  사용자(User)가 시스템의 Hardware 또는 관리가 필요한 기능들을 사용하고자 할 때 호출하는 함수이다. User Mode에서 System Call을 호출하면, Kernel Mode로 전환하여 해당 내용을 수행하게 된다. Pintos에서 작용하는 방식을 간단히 살펴보자.

  사용자가 특정 파일을 열고자 open()이라는 함수를 호출한다. User Mode에서 해당 함수를 호출하면, lib/user 폴더에 있는 syscall.c에서 open()이라는 System Call이 실행되고, 이 함수는 현재 레지스터 상태들을 저장(User Mode 상태 저장)한 뒤  Kernel mode에서 userprog/syscall.c에 있는 open 함수를 수행한다. (초기에는 정의되어있지 않으므로 구현이 필요하다.) 해당 System Call을 수행한 결과값은 intr_frame의 rax에 저장되어 User Mode로 복귀하게 된다.

 

프로젝트 진행

 

1. User의 입력을 받는 기능을 구현한다.

  argument_stack() 함수를 구현한다. 들어온 데이터를 parsing하여 word-align되도록 데이터를 자른 뒤, User Stack에 차곡차곡 쌓는다. 다 쌓고난 뒤 데이터 시작 위치를 rsi에, argument 개수를 rdi에 넣어주면 된다. 

2. System Call들을 구현한다.

  앞의 내용들을 다 구현하고 System Call을 구현하는 시점에 도달하면 이제 Test case들을 수행해볼 수 있어 한결 낫다. syscall_handler에서 switch문으로 어떤 System call을 수행해야하는지 구분해놓고, 각 system call 함수들을 구현하면 된다. 구현 시 어려운 함수는 fork(), wait(), exit()이었던 것 같다. fork()는 함수 실행 시 분기 흐름을 파악하기 어려웠고, wait(), exit()은 종료 시점을 판단하는 것과 종료 시 memory free하는 것이 어려웠다.

 

  이번 프로젝트는 System Call을 완성하기 전까지 제대로 구현되었는지 확인할 수 없다는 점, 핀토스 내부 작동 방식을 파악해야한다는 점이 힘들었다.