[Pintos] project 2 USER_PROGRAM (1)

Laska·2025년 5월 20일

TIL pintos project2

Pintos 주차에 들어왔다..

project_1에서 모든 테스트를 클리어하고, project_2부터 기록을 남기려고 한다.

project 1에 대한 기록

user_program을 구현하기 전, 우선순위 스케줄링에 대해 구현을 진행하였는데
해당 부분은 운영체제의 busy_waiting을 줄이기 위해 쓰레드 들을 어떤식으로 관리해야하는지 구현하였었다.

tick단위로 스케줄링을 구현하고, 우선순위대로 큐에서 쓰레드들을 관리하도록 구현했다.

이 부분에서 중요했었던 건, 우선 순위로 cpu를 선점하는 방식과 공유 자원에 대한 관리였다.

project 2 시작

project_2를 시작 하며, 먼저 Git_Book에 써져있는 소개글 부터 읽어 보았다...

항상 핀토스 프로젝트를 시작할 때 문제를 알겠지만, 무엇을 건들여야 할지 도무지 감이 안잡힌다.
때문에 GDB를 사용하여, 메인에 BREAK_POINT를 걸어두고, pintos의 방대한 코드들이 어떤식으로 돌아가는 지 탐험 해보았다.

탐험을 하며, 알게 된 내용들을 Notion에 기록하며, 천천히 감을 잡아가는데 총 3일이 걸렸다...

이제 내가 무엇을 해야하는지 깨닳아서 신나는 마음에 첫번째 과제인 Argument Passing을 진행하였다.

Argument Passing (1)

먼저 해당 과정을 진행하려면 process_exec() 함수에서 유저 프로그램으로 인자를 어떤 식으로 넘기는 지 확인해야한다.

GDB로 이곳의 흐름을 보고싶어도 이 곳을 도저히 지나가질 않아서 천천히 다시 탐험하다 보니

process_wait()

int
process_wait (tid_t child_tid UNUSED) {
	/* XXX: (Hint) The pintos exit if process_wait (initd), we recommend you
	 * XXX:       to add infinite loop here before
	 * XXX:       implementing the process_wait. */
	return -1;
}

이 부분이 문제엿다.

흐름은 이렇다.

process_exec() 함수는 부모 프로세스가 새로운 자식 프로세스를 생성할 때 호출된다.
이후 자식 프로세스는 start_process() -> process_exec() -> load() 등의 흐름을 따라야 하는데
이 자식 프로세스를 부모 프로세스가 기다리지 못하고 바로 return -1 을 호출하여, 자식 프로세스는 흐름을 이어갈 수 없었다.

따라서 해당 부분에 hint 대로 무한 루프를 만들어서 일단 자식 프로세스가 유저의 인자를 구성해주는 것 부터 구현을 진행해 볼 수 있었다.

process_wait() 수정 완료

int
process_wait (tid_t child_tid UNUSED) {
	/* XXX: (Hint) The pintos exit if process_wait (initd), we recommend you
	 * XXX:       to add infinite loop here before
	 * XXX:       implementing the process_wait. */
     while(1)
	{
	}
     
	return -1;
}

Argument Passing (2)

위 부분을 구현하니, 드디어 project_exec() 를 들어갈 수 있었다...

저 부분을 찾는데 3일 걸린게 너무 하지만, 오래걸리더라도 이런 식으로 찾은 거 또한 경험이 되어서 다음엔 더 빠르게 진행할 수 있지 않을까 생각한다.

process_exec() 에서 해줘야할 건 유저가 사용한 명령어를 공백에 따라서 나누어 준다. 이걸 유저 프로그램을 메모리에 로드 한 시점에 유저 스택에 push 하여 인자를 넘기는 것이 목표이다.

1. 명령어 파싱

char *file_name 에는 "args-single onearg" 같이 공백으로 구분된 전체 문자열이 들어온다.

이걸 strtok_r() 등을 이용해서 나눠서 argv 배열로 만들어주었다.

	//인자 파싱하기
   	char *token, *save_ptr;
	char *argv[MAX_ARGS];
	int argc = 0;

	// 인자 파싱
   	for (token = strtok_r (f_name, " ", &save_ptr); token != NULL; 
	token = strtok_r (NULL, " ", &save_ptr)) 
		argv[argc++] = token;

	char *file_name = argv[0];

해당 함수를 사용할 때 권장사항이 마침 주석에 적혀있어서 권장 사항대로 문자열을 나눠 주었다.
그리고 해당 문자열이 잘 나누어 지는지, GDB의 print를 통하여 확인하였다.

2. load() 호출

load()를 통해 새로운 사용자 프로그램을 메모리에 로드하고,

이 시점에 setup_stack() 함수로 유저 스택(rsp)이 초기화 된다. 그래서 유저 스택에 위에 나눠준 인자들을 적재해주면 된다.

해당 인자들을 적재하는 것은 push_by_stack() 함수를 만들어서 진행하였다.

3. 유저 스택에 인자 적재

git_book 에 있는 자료를 참고하여 구현을 진행하였다.

각 argv[i] 문자열들을 스택에 복사(push)
(스택은 주소가 감소하므로, 문자열들을 역순으로 push)

문자열들의 주소를 저장해놓고, 다시 char* argv[] 형태로 push

마지막에 argv와 argc를 레지스터(rdi, rsi)에 넘김

정렬을 위해 8바이트 기준으로 스택 align (padding)도 필요

위 방식 그대로 코드를 구현하였고,

hex_dump() 함수를 통해 인자가 정상적으로 들어가는지 확인하였다.

구현 코드

static void
push_by_stack(struct intr_frame *if_, char *argv[], int argc) {
    char *arg_addr[argc];

    //  문자열을 스택에 역순으로 push, 주소 기록
    for (int i = argc - 1; i >= 0 ; i--) {
        size_t len = strlen(argv[i]) + 1;
        if_->rsp -= len;
        memcpy((void *)if_->rsp, argv[i], len);
        arg_addr[i] = (char *)if_->rsp;
    }

    // align to 8-byte
    if_->rsp -= (uintptr_t)if_->rsp % 8;

    // argv[i] 포인터 push (역순)
    if_->rsp -= 8;  // NULL sentinel
    memset((void *)if_->rsp, 0, 8);

    for (int i = argc - 1; i >= 0; i--) {
        if_->rsp -= 8;
        memcpy((void *)if_->rsp, &arg_addr[i], 8);
    }

    // argv의 주소 전달
    if_->R.rsi = (uint64_t)if_->rsp;

    // argc 전달
    if_->R.rdi = argc;

    //  hex_dump
    hex_dump(if_->rsp, (void *)if_->rsp, USER_STACK - if_->rsp, true);
}