📀 KAIST:PINTOS | Implementation | create

1. 목표

• 유저 프로그램에서 create() 시스템 콜을 호출했을 때,
  파일을 생성하고 성공 여부를 반환하도록 커널 코드를 구현합니다.
• NULL, 비정상 포인터, 파일 이름 길이 제한 등의 다양한 상황에 대한 예외 처리를 포함해야 합니다.

---

2. 수정한 파일

• userprog/syscall.c
• userprog/syscall.h

---

3. syscall.c 구현

#include "userprog/syscall.h"       // 시스템 콜 인터페이스 정의
#include <stdio.h>                  // printf 사용
#include <syscall-nr.h>             // 시스템 콜 번호 정의
#include "threads/interrupt.h"      // 인터럽트 등록용
#include "threads/thread.h"         // thread_current 등
#include "threads/loader.h"         // 사용자 프로그램 로딩 관련
#include "userprog/gdt.h"           // 세그먼트 정보
#include "threads/flags.h"          // 플래그 비트
#include "intrinsic.h"              // write_msr 등

#include "devices/input.h"          // input_getc() 사용을 위해
#include "threads/init.h"           // power_off() 사용을 위해
#include "threads/synch.h"          // lock 사용을 위해
#include "filesys/filesys.h"        // filesys_create() 사용을 위해
#include "threads/vaddr.h"          // is_user_vaddr() 사용을 위해
#include "threads/mmu.h"            // pml4_get_page() 사용을 위해

struct lock file_lock;              // 파일 시스템 동기화를 위한 전역 락

void syscall_entry (void);          // syscall 진입 함수
void syscall_handler (struct intr_frame *);  // syscall 핸들러

#define MSR_STAR 0xc0000081         // syscall 세그먼트 지정 MSR
#define MSR_LSTAR 0xc0000082        // syscall 핸들러 주소 MSR
#define MSR_SYSCALL_MASK 0xc0000084 // syscall 진입 시 마스킹할 플래그

void syscall_init (void) {
  // 사용자/커널 모드 전환 시 세그먼트 설정
  write_msr(MSR_STAR, ((uint64_t)SEL_UCSEG - 0x10) << 48  |
                      ((uint64_t)SEL_KCSEG) << 32);
  // syscall 진입 지점 설정
  write_msr(MSR_LSTAR, (uint64_t) syscall_entry);

  // 인터럽트 마스킹 설정 (IF, TF, DF 등)
  write_msr(MSR_SYSCALL_MASK,
            FLAG_IF | FLAG_TF | FLAG_DF | FLAG_IOPL | FLAG_AC | FLAG_NT);

  // 파일 시스템 락 초기화
  lock_init(&file_lock);
}

// 시스템 콜 핸들러
void syscall_handler(struct intr_frame *f) {
  uint64_t syscall_num = f->R.rax; // syscall 번호는 rax에 저장됨

  switch (syscall_num) {
    case SYS_HALT:
      sys_halt(); // 시스템 종료
      break;

    case SYS_EXIT:
      sys_exit((int)f->R.rdi); // 현재 프로세스 종료
      break;

    case SYS_WRITE:
      f->R.rax = sys_write((int)f->R.rdi, (const void *)f->R.rsi, (unsigned)f->R.rdx);
      break;

    case SYS_READ:
      f->R.rax = sys_read((int)f->R.rdi, (void *)f->R.rsi, (unsigned)f->R.rdx);
      break;

    case SYS_CREATE:
      f->R.rax = sys_create((const char *)f->R.rdi, (unsigned)f->R.rsi);
      break;

    default:
      printf("Unknown system call: %lld\n", syscall_num);
      sys_exit(-1); // 정의되지 않은 시스템 콜이면 강제 종료
      break;
  }
}

// 시스템 콜: create
bool sys_create(const char *file, unsigned initial_size) {
  // file이 NULL이거나 유저 영역이 아니거나, 매핑되지 않은 가상 주소일 경우 종료
  if (file == NULL || !is_user_vaddr(file) || pml4_get_page(thread_current()->pml4, file) == NULL) {
    sys_exit(-1);
  }

  lock_acquire(&file_lock); // 동기화를 위해 락 획득
  bool success = filesys_create(file, initial_size); // 실제 파일 생성
  lock_release(&file_lock); // 락 해제

  return success; // 성공 여부 반환
}

---

4. syscall.h 수정

#ifndef USERPROG_SYSCALL_H
#define USERPROG_SYSCALL_H

#include <stdbool.h> // bool 타입 사용을 위한 헤더

void syscall_init(void); // syscall 설정 함수

void sys_halt(void); // 시스템 종료
void sys_exit(int status); // 프로세스 종료
int sys_write(int fd, const void *buffer, unsigned size); // 출력
int sys_read(int fd, void *buffer, unsigned size); // 입력
bool sys_create(const char *file, unsigned initial_size); // 파일 생성

#endif /* userprog/syscall.h */

---

5. 테스트 통과 결과

해당 구현으로 다음의 테스트를 모두 통과하였습니다:

• create-normal
• create-empty
• create-null
• create-bad-ptr
• create-long
• create-exists
• create-bound

각 테스트는 다음과 같은 케이스를 검증합니다:

테스트 이름	검증 내용
create-normal	일반 파일 생성이 가능한가
create-empty	크기 0인 파일을 만들 수 있는가
create-null	file 인자가 NULL일 때 예외처리 하는가
create-bad-ptr	잘못된 주소일 때 프로세스를 종료하는가
create-long	파일 이름이 매우 길어도 동작하는가
create-exists	이미 존재하는 파일이 있으면 실패하는가
create-bound	경계 길이의 이름도 허용하는가

---

6. 수정한 파일

이번 create() 시스템 콜 구현에서 실제로 직접 수정한 파일은 다음 두 개뿐입니다:

파일 경로	설명
userprog/syscall.c	시스템 콜 본체 구현 (sys_create() 함수 정의 포함)
userprog/syscall.h	시스템 콜 함수 선언 및 #include <stdbool.h> 추가

또한, 다음 파일들은 수정하지 않았지만 syscall.c 내부에서 필요한 기능을 사용하기 위해 include만 하였습니다:

파일 경로	사용 목적
filesys/filesys.h	filesys_create() 함수 호출을 위해
threads/synch.h	락 자료구조 및 lock_acquire, lock_release 사용을 위해
threads/vaddr.h	is_user_vaddr()로 사용자 주소인지 확인하기 위해
threads/mmu.h	pml4_get_page()로 주소 매핑 여부를 확인하기 위해
threads/init.h	power_off() 호출을 위해
devices/input.h	(현재는 사용하지 않았으나, read() 구현 시 필요 예정)

요약하면, 직접 수정한 건 syscall.c, syscall.h 단 두 파일이며,
나머지는 이미 PintOS에 정의된 기능들을 불러와서 활용하는 방식으로 개발을 진행하였습니다.
이는 이후 다른 시스템 콜을 구현할 때도 동일한 패턴으로 반복될 것입니다.