syscall.c

TIP

系统调用相关的实现。 xv6-riscv 内核通过 ecall 指令提供系统调用服务。 ecall 指令会进入内核态，并跳转到 kernelvec 处的代码。 kernelvec 会保存用户寄存器，并调用 trap 函数。 trap 函数会判断陷阱类型，如果是系统调用，则会调用 syscall 函数。 syscall 函数会根据系统调用号，在 syscalls 表中查找并执行相应的处理函数。处理函数执行完毕后，返回值会存入当前进程陷阱帧的 a0 寄存器。最后，通过 sret 指令返回用户态，用户程序从 a0 寄存器中获取返回值。

#include "types.h"
#include "param.h"
#include "memlayout.h"
#include "riscv.h"
#include "spinlock.h"
#include "proc.h"
#include "syscall.h"
#include "defs.h"

TIP

从用户空间获取一个64位整数。用户虚拟地址 addr 处的数据将被拷贝到内核变量 *ip 中。成功时返回 0，失败时返回 -1。

int
fetchaddr(uint64 addr, uint64 *ip)
{
  struct proc *p = myproc();

TIP

检查地址是否在当前进程的地址空间范围内。必须同时检查 addr 和 addr + sizeof(uint64)，以防止地址溢出。

  if(addr >= p->sz || addr+sizeof(uint64) > p->sz)
    return -1;

TIP

使用 copyin 函数安全地从用户空间拷贝数据到内核空间。

  if(copyin(p->pagetable, (char *)ip, addr, sizeof(*ip)) != 0)
    return -1;
  return 0;
}

TIP

从用户空间获取一个以 null 结尾的字符串。用户虚拟地址 addr 处的字符串将被拷贝到内核缓冲区 buf 中，最多 max 字节。成功时返回字符串的长度（不包括结尾的 null 字符），失败时返回 -1。

int
fetchstr(uint64 addr, char *buf, int max)
{
  struct proc *p = myproc();

TIP

使用 copyinstr 函数安全地从用户空间拷贝字符串到内核空间。

  if(copyinstr(p->pagetable, buf, addr, max) < 0)
    return -1;
  return strlen(buf);
}

TIP

从陷阱帧中获取第 n 个原始系统调用参数（存储在 a0-a5 寄存器中）。 RISC-V 架构规定，系统调用的前 6 个参数通过 a0-a5 寄存器传递。

static uint64
argraw(int n)
{
  struct proc *p = myproc();
  switch (n) {
  case 0:
    return p->trapframe->a0;
  case 1:
    return p->trapframe->a1;
  case 2:
    return p->trapframe->a2;
  case 3:
    return p->trapframe->a3;
  case 4:
    return p->trapframe->a4;
  case 5:
    return p->trapframe->a5;
  }

TIP

如果 n 不在 0-5 范围内，说明代码逻辑有误，触发 panic。

  panic("argraw");
  return -1;
}

TIP

获取第 n 个 32 位整型系统调用参数，并将其存入 *ip。

void
argint(int n, int *ip)
{
  *ip = argraw(n);
}

TIP

获取第 n 个指针类型的系统调用参数，并将其存入 *ip。这个函数本身不检查地址的合法性。地址的合法性检查会由后续的 copyin 或 copyout 等函数完成。

void
argaddr(int n, uint64 *ip)
{
  *ip = argraw(n);
}

TIP

获取第 n 个字符串类型的系统调用参数。先通过 argaddr 获取字符串在用户空间的地址，然后通过 fetchstr 将字符串从用户空间拷贝到内核缓冲区 buf 中。成功时返回字符串长度，失败时返回 -1。

int
argstr(int n, char *buf, int max)
{
  uint64 addr;
  argaddr(n, &addr);
  return fetchstr(addr, buf, max);
}

TIP

声明所有系统调用处理函数的原型。这些函数的具体实现在 sysproc.c 和 sysfile.c 文件中。

extern uint64 sys_fork(void);
extern uint64 sys_exit(void);
extern uint64 sys_wait(void);
extern uint64 sys_pipe(void);
extern uint64 sys_read(void);
extern uint64 sys_kill(void);
extern uint64 sys_exec(void);
extern uint64 sys_fstat(void);
extern uint64 sys_chdir(void);
extern uint64 sys_dup(void);
extern uint64 sys_getpid(void);
extern uint64 sys_sbrk(void);
extern uint64 sys_sleep(void);
extern uint64 sys_uptime(void);
extern uint64 sys_open(void);
extern uint64 sys_write(void);
extern uint64 sys_mknod(void);
extern uint64 sys_unlink(void);
extern uint64 sys_link(void);
extern uint64 sys_mkdir(void);
extern uint64 sys_close(void);
extern uint64 sys_shutdown(void);
extern uint64 sys_reboot(void);

TIP

系统调用处理函数指针数组。 syscall.h 中定义的系统调用号 (例如 SYS_fork) 作为该数组的索引，映射到对应的处理函数 (例如 sys_fork)。

static uint64 (*syscalls[])(void) = {
[SYS_fork]    sys_fork,
[SYS_exit]    sys_exit,
[SYS_wait]    sys_wait,
[SYS_pipe]    sys_pipe,
[SYS_read]    sys_read,
[SYS_kill]    sys_kill,
[SYS_exec]    sys_exec,
[SYS_fstat]   sys_fstat,
[SYS_chdir]   sys_chdir,
[SYS_dup]     sys_dup,
[SYS_getpid]  sys_getpid,
[SYS_sbrk]    sys_sbrk,
[SYS_sleep]   sys_sleep,
[SYS_uptime]  sys_uptime,
[SYS_open]    sys_open,
[SYS_write]   sys_write,
[SYS_mknod]   sys_mknod,
[SYS_unlink]  sys_unlink,
[SYS_link]    sys_link,
[SYS_mkdir]   sys_mkdir,
[SYS_close]   sys_close,
[SYS_shutdown] sys_shutdown,
[SYS_reboot]   sys_reboot,
};

TIP

系统调用分发函数。当用户程序执行 ecall 指令引发陷阱时，此函数被调用。

void
syscall(void)
{
  int num;
  struct proc *p = myproc();

TIP

RISC-V 约定，系统调用号存储在 a7 寄存器中。从当前进程的陷阱帧中读取 a7 寄存器的值。

  num = p->trapframe->a7;

TIP

检查系统调用号是否合法，并且对应的处理函数是否存在。

  if(num > 0 && num < NELEM(syscalls) && syscalls[num]) {

TIP

调用对应的系统调用处理函数。将处理函数的返回值存入 a0 寄存器，以便返回给用户程序。

    p->trapframe->a0 = syscalls[num]();
  } else {

TIP

如果系统调用号无效，则打印错误信息，并返回 -1。

    printf("%d %s: unknown sys call %d\n",
            p->pid, p->name, num);
    p->trapframe->a0 = -1;
  }
}