OS Lab 1.2 sleep (easy)

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实验目的

    为 xv6 系统实现 UNIX 的 sleep 程序。你的 sleep 程序应该使当前进程暂停相应的时钟周期数，时钟周期数由用户指定。例如执行 sleep 100 ，则当前进程暂停，等待 100 个时钟周期后才继续执行。

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实验要求及提示

• 如果系统没有安装 ​​vim​​ 的请先使用命令 ​​sudo apt install vim​​ 安装 ​​vim​​ 编辑器。
• 在开始实现程序前，阅读配套教材的第一章，其内容与实验内容息息相关。
• 实现的程序应该命名为 ​​sleep.c​​ 并最后放入 ​​user​​ 目录下。
• 可以查看 ​​user​​ 目录下的其他程序(如echo.c、grep.c和rm.c)，以它们为参考，了解如何获取和传递给程序相应的命令行参数。
• 如果用户传入参数有误，即没有传入参数或者传入多个参数，程序应该能打印出错误信息。
• C 语言中的 ​​atoi​​ 函数可以将字符串转换为整数类型，在 xv6 中也已经定义了相同功能的函数。可以参考 ​​user/ulib.c​​ 或者参考机械工业出版社的《C程序设计语言(第2版·新版)》附录B.5。
• 使用系统调用 ​​sleep​​。
• 确保 ​​main​​ 函数调用 ​​exit()​​ 以退出程序。
• 将你的 ​​sleep​​ 程序添加到 ​​Makefile​​ 的 ​​UPROGS​​ 中。只有这步完成后， ​​make qemu​​ 才能编译你写的程序。
• 完成上述步骤后，运行 ​​make qemu​​ 编译运行 ​​xv6​​ ，输入 ​​sleep 10​​ 进行测试，如果 ​​shell​​ 隔了一段时间后才出现命令提示符，则证明你的结果是正确的，可以退出 ​​xv6​​ 运行 ​​./grade-lab-util sleep​​ 或者 ​​make GRADEFLAGS=sleep grade​​ 进行单元测试。

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实验思路

1. 参考 ​​user​​ 目录下的其他程序，先把头文件引入，即 ​​kernel/types.h​​ 声明类型的头文件和 ​​user/user.h​​ 声明系统调用函数和 ​​ulib.c​​ 中函数的头文件。
2. 编写 ​​main(int argc,char* argv[])​​ 函数。其中，参数 ​​argc​​ 是命令行总参数的个数，参数 ​​argv[]​​ 是 ​​argc​​ 个参数，其中第 0 个参数是程序的全名，其他的参数是命令行后面跟的用户输入的参数。
3. 首先，编写判断用户输入的参数是否正确的代码部分。只要判断命令行参数不等于 2 个，就可以知道用户输入的参数有误，就可以打印错误信息。但我们要如何让命令行打印出错误信息呢？我们可以参考 ​​user/echo.c​​ ，其中可以看到程序使用了 ​​write()​​ 函数。 ​​write(int fd, char *buf, int n)​​ 函数是一个系统调用，参数 ​​fd​​ 是文件描述符，0 表示标准输入，1 表示标准输出，2 表示标准错误。参数 ​​buf​​ 是程序中存放写的数据的字符数组。参数 n 是要传输的字节数，调用 ​​user/ulib.c​​ 的 ​​strlen()​​ 函数就可以获取字符串长度字节数。通过调用这个函数，就能解决输出错误信息的问题啦。认真看了提示给出的所有文件代码你可能会发现，像在 ​​user/grep.c​​ 打印信息调用的是 ​​fprintf()​​ 函数，当然，在这里使用也没有问题，毕竟 ​​fprintf()​​ 函数最后还是通过系统调用 ​​write()​​ 。最后系统调用 ​​exit(1)​​ 函数使程序退出。按照惯例，返回值 0 表示一切正常，而非 0 则表示异常。
4. 接下来获取命令行给出的时钟周期，由于命令行接收的是字符串类型，所以先使用 ​​atoi()​​ 函数把字符串型参数转换为整型。
5. 调用系统调用 ​​sleep​​ 函数，传入整型参数，使计算机程序(进程、任务或线程)进入休眠。
6. 最后调用系统调用 ​​exit(0)​​ 使程序正常退出。
7. 在 ​​Makefile​​ 文件中添加配置，照猫画虎，在 ​​UPROGS​​ 项中最后一行添加 ​​$U/_sleep\​​ ，最后这项配置如下。

UPROGS=\
    $U/_cat\
    $U/_echo\
    $U/_forktest\
    $U/_grep\
    $U/_init\
    $U/_kill\
    $U/_ln\
    $U/_ls\
    $U/_mkdir\
    $U/_rm\
    $U/_sh\
    $U/_stressfs\
    $U/_usertests\
    $U/_grind\
    $U/_wc\
    $U/_zombie\
    $U/_sleep\

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实验代码

// Lab Xv6 and Unix utilities
// sleep.c
// 引入声明类型的头文件
#include "kernel/types.h"
// 引入声明系统调用和 user/ulib.c 中其他函数的头文件
#include "user/user.h"
// int main(int argc,char* argv[])
// argc 是命令行总的参数个数  
// argv[] 是 argc 个参数，其中第 0 个参数是程序的全名，以后的参数是命令行后面跟的用户输入的参数
int
main(int argc, char *argv[])
{
    // 如果命令行参数不等于2个，则打印错误信息
    if (argc != 2)
    {
        // 系统调用 write(int fd, char *buf, int n) 函数输出错误信息
        // 参数 fd 是文件描述符，0 表示标准输入，1 表示标准输出，2 表示标准错误
        // 参数 buf 是程序中存放写的数据的字符数组
        // 参数 n 是要传输的字节数
        // 所以这里调用 user/ulib.c 的 strlen() 函数获取字符串长度字节数
        write(2, "Usage: sleep time\n", strlen("Usage: sleep time\n"));
        // 当然这里也可以使用 user/printf.c 中的 fprintf(int fd, const char *fmt, ...) 函数进行格式化输出
        // fprintf(2, "Usage: sleep time\n");
        // 退出程序
        exit(1);
    }
    // 把字符串型参数转换为整型
    int time = atoi(argv[1]);
    // 调用系统调用 sleep 函数，传入整型参数
    sleep(time);
    // 正常退出程序
    exit(0);
}

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实验结果

在 xv6 中输入命令后一切符合预期。

$ sleep 10
$ sleep 1 1
Usage: sleep time
$ sleep 
Usage: sleep time

退出 xv6 运行单元测试。

./grade-lab-util sleep

提示：如果运行测试报错，先使用命令  ​​vim grade-lab-util​​  修改 grade-lab-util 文件，把第一行改为  ​​#!/usr/bin/env python3​​

通过测试样例。

make: 'kernel/kernel' is up to date.
== Test sleep, no arguments == sleep, no arguments: OK (0.9s) 
== Test sleep, returns == sleep, returns: OK (1.4s) 
== Test sleep, makes syscall == sleep, makes syscall: OK (0.9s)