XV6 - OS Interfaces

XV6 2018-07-09 739
  • OS的工作:有效率的在電腦上執行數個程式。
  • Kernel:提供 process 服務
  • Process:執行中的程式,擁有記憶體存放指令、資料、及堆疊。
    • 指令:實現程式的運算。
    • 資料:運算中所用到的變數。
    • 堆疊:組織 procedure 呼叫。
  1. 當一個 process 需要調用 kernel 的服務時,就會調用一個procedure 呼叫至OS介面。
  2. procedure 即為 system call
  3. system call 進入 kernel,kernel 回傳其服務。

System call sample
System call sample

  • Kernel 使用 CPU 的硬體保護機制去確保 process 只會在 user space 中執行,及只存取自己的記憶體(使用特權 privilege 機制)。

Process 及記憶體#

  • Time-share:透明的在等待執行的 process 中切換可用的CPU。
    • 當一個 process未執行時,XV6 保存其 CPU 暫存器,當下次要執行時再恢復。
    • Kernel 將一個 process 與其 pid(process identifier)連結。
  • fork():一個 system call 用來新增子 process。

子 process 與父 porcess 擁有同樣的記憶體內容,但是在不同的記憶體及暫存器上執行,所以在其中一個process 中改變一個變數值並不會影響另一個。

  • exit():用來結束子 process。
  • wait():在主 process 中使用;當子 process 結束後,才繼續執行主 process(通常搭配 exit() 使用)。

I/O 及檔案描述符#

  • 檔案描述符 file descriptor:一個小整數代表一個 process 可能會讀取或寫入的kernel-managed 物件;XV6 kernel 使用檔案描述符做為一個 pre-process table 的索引。
    • 0 standard input
    • 1 standard output
    • 2 standard error
  • Shell 確保上述三個描述符每次都會被打開。
// read something from file descriptor to "buf"
read(fd, buf, n);
// write something from "buf" to file descriptor
write(fd, buf, n);
// both read and write will return n of how much its read/write

Pipes#

  • 如同一條水管,pipes 的兩端連接不同的 process,其中一端寫入資料,其中一端讀取其資料。也就是說,pipes 提供使兩個不同的 process 互相溝通的方法。
# sample of pipes
echo hello world | wc
# another way call "temporary files"
echo hello world >/tmp/xyz; wc </tmp/xyz
  • 比較
    1. Pipes 會自我清理。
    2. Pipes 可以任意長。
    3. Pipes 允許同步,兩個 process 可以利用一條 pipe 進行訊息溝通。

檔案系統#

  • 一個文件即為位元組陣列。
  • 一個目錄中包含一些檔案或其他的目錄。
  • 目錄的結構為樹,且有一個根目錄 /(例如:/a/b/c)。
  • 任何不從根目錄開始的路徑稱作 process 的當前目錄。
# create a new director
mkdir("/dir");
# open with 0_CREATE flag create a new file
open("/dir/file",0_CREARTE|0_WRONLY);
  • inode[1]:儲存一個檔案的基本訊息,如檔案的權限、擁有者等等。
  • 每個 inode 有一組唯一的號碼,檔案系統用此號碼來識別文件。

Reference
  1. 1.理解inode