Pintos lab2 user programs review

📕 User programs

OS의 역할 중 하나인 abstraction에 대해, 그리고 그 처리를 위한 system call에 대해 공부했다. thread와 process 개념을 이해하고 이를 관리하기 위한 정보들(메모리,파일 테이블, 프로세스 정보들)을 관리하는 법을 배웠다. 유저 프로그램에 할 수 없는 커널 모드에서의 기능들을 하나 하나 구현해보았다. 그러기 위해서 thread 구조체 안에 필요한 변수, lock, semaphore등 을 선언하여 durability를 높였고, fd_table을 선언해서 파일들을 관리해주고, parent_tf를 통해 부모의 레지스터를 보관해 두어 필요할 때 사용해보았다...

lab2는 lab1에 비해 확실히 어려웠다... 레지스터에 대한 개념조차 없었는데 OS에서 이를 어떻게 관리하는 지까지 알 수 있었다. 처음에 흐름을 잡는게 진짜 어려웠는데, 유저가 시스템콜을 하고 OS가 진행되고 있던 프로세스를 어떻게 처리하고, 주어진 임무를 하고, 다시 복귀 시키는 흐름을 한 번 이해하고 나니 (중간에 어셈블리어까지 나와서 정신이 없었다...) 비교적 따라갈 수 있었다.

pair coding 하면서도 제대로 이해하지 못하고 넘어간 부분이 있어서 설 동안 다시 복습했다... 감자칩 먹는 역할은 머리로 코딩하고 고민하고 이런 부분은 똑같은데... 뭔가 손으로 직접 치지 않으면 내가 한 코딩이 아닌거 같은 그런 찝찝함은 있다... 그리고 방에서 다시 해보면 또 다른 문제들이 막 터지더라... 그래서 디버깅은 진짜 많이 늘었다...

lab1에서 sema_up을 수정해서 sema up 시에 무조건 thread_yiled로 넘어가게끔 되있었는데 이게 lab2에 와서 문제를 일으켰다. is_kern_vaddr()에서 에러가 나는데 디버깅해보니 list_init()이 제대로 동작을 하지않았다. (NULL값을 넣었는데 0이 안들어갔다.) 다행히 is_empty()는 작동하여 제외처리를 해주었는데, 내가 건드려서는 안될것 같은 부분을 수정해 프로그램이 돌아갔을 때의 짜릿함은 잊을 수 없다....

👉 Argument passing

Interrupt 혹은 syscall이 발생하면 intr_entry() 혹은 syscall_entry()에서 현재 레지스터값들이 스택에 푸쉬된다. 이를 Thread 구조체의 intr_frame tf에 저장되어 커널 메모리에 저장된다. 그 후, 커널 모드에서 요청된 처리가 진행된다. 다시 유저 모드로 돌아오게 되면 저장되어있던 intr_frame에서 레지스터 값들을 다시 복구시켜 원래 실행되던 유저 프로그램으로 돌아온다.

기존 pintos는 사용자 명령에 대한 처리가 되어 있지 않다. 이를 x86-64 Calling Convention에 맞추어 전달시키는 것이 목표였다. main문에서 전달되는 cmd line에서 파일명을 추출하여 thread create를 시키고, load에서는 파일을 읽는데, 이 때 cmd line에서 파일명과 argument를 추출해 user stack에 규약에 맞춰서 저장 시키고 레지스터에 이에 대한 주소를 넣어주었다.

처음에는 규약 틀에 맞춰서 넣어야되는지 모르고 헤맸다. pintos 깃북에 적혀있는 대로만 하면 된다... 레지스터에도 어떻게 메모리 주소를 넣는지 몰라서서 헤맸다. Pintos는 intr_frame을 사용함으로, 여기에다가만 잘 넣어주면 알아서 레지스터로 들어간다.(irtq 함수) 새로운 process(kernal mode)와 기존(user mode)의 intr_frame을 잘 구별해야한다.

👉 User Memory Access

접근하고자 하는 메모리 주소가 validate한 지 확인한다. USER_STACK 보다 높은 메모리 주소에 접근하려고 하면 thread를 종료시킨다.

syscall handler에서 rsp를 확인한다. EXEC(), OPEN() 시킬때 열려는 파일의 주소를 확인한다.

👉 System calls

유저에서 요청되는 system call들의 기능들을 하나씩 구현한다. system call number는 %rax 레지스터에 담겨 있고, argument들도 레지스터에 담겨져서 온다.
각 기능을 어떻게 구현했는지 간단히만 적어놓겠다.

SYS_HALT: power_off() 로 시스템 종료

SYS_EXIT: exit status 받아서 저장해놓고 쓰레도 종료

SYS_FORK: process_fork를 구현한다. 이때 자식 thread가 제대로 생성되지않으면 exit status -1을 리턴 받는다. 자식이 다 load 될 때까지 semaphore를 사용해 기다리게 하였다. 메모리 주소를 할당 받고, 부모의 레지스터와 file table을 복사해준다. 이때 그냥 주소만 넘기면 안되고 새로 할당한 메모리에 '복사'해줘야 한다.

SYS_EXEC: 기존 process를 정리하고 새로운 실행파일을 load해서 실행시킨다. argument pass할 때 새로운 메모리에 복사해서 추출한 다음 사용해야 한다.

SYS_WAIT: 기존 pintos는 다른 프로세스를 생성하면 기존 프로세스는 종료되게끔 되있다. 이를 자식 프로세스가 끝날 때가지 semaphore를 이용해 대기시킨다.

SYS_CREATE: 새로 thread를 create한다 일 때, 읽고자하는 파일이 validate인지 확인하는 test case가 많아 하나씩 예외 처리하였다.

SYS_REMOVE: filesys_remove() 사용

SYS_OPEN: process_add_file()사용. file의 validity 확인, fd_num이 제한을 넘기지 않도록 한다. 파일 중에 이미 열려있는지 fd_table 전체를 확인하고 있다면 file_reopen()을 사용한다.

SYS_FILESIZE: file_length() 사용

SYS_READ: 파일을 읽는 중에 수정되거나 하지 않도록 전역변수로 lock을 선언해 사용한다. fd가 0일 때는 stdin이므로 input_getc()를 사용했다.

SYS_WRITE: 파일을 쓰는 중에 수정되거나 하지 않도록 전역변수로 lock을 선언해 사용한다. fd가 1일 때는 stdout이므로 putbuf()를 사용했다.

SYS_SEEK: file_seek() 사용

SYS_TELL: file_tell() 사용

SYS_CLOSE: process_close_file() 사용

👉 Process Termination Message

EXIT() system call을 수행할 때, thread 이름과 종료 상태를 표시한다. thread 구조체에 종료상태를 저장하는 변수를 선언하고 종료 상태를 저장한다.

👉 Deny Write on Executables

EXEC() system call을 수행할 때, Excute하기 위에 읽은 파일을 수정한다면 문제를 일으킬 수 있다. process_exec()에서 실행파일을 불러온다면 file_deny_write() 함수를 이용해서 수정을 막는다. process를 종료시킬 때 다시 풀어준다.