nachos

(Đồ án Hệ điều hành)

📦 Thiết lập môi trường nachOS lên Linux
🛠 Implement
- Premilinary
- Implement System call and exception
🙏 Acknowledge

📦 Thiết lập môi trường nachOS lên Linux

Bước 1 : Cài đặt Linux trên máy ảo
Bước 2 : Tải và giải nén file nachos.rar
Bước 3 : Vào thư mục ./nachos/cross-compiler/decstation-ultrix/bin/. Thiết lập thuộc tính excutable ở mọi người dùng đối với tất cả các file có trong thư mục (as, cc1, cpp0, gcc, ld).
Bước 4 : Mở Geany (phần mềm soạn thảo văn bản đơn giản), mở file Makefile ở đường dẫn ./nachos/nachos-3.4/code/test.
Bước 5 : Sửa dòng “MAKE = gmake” thành MAKE = make và lưu lại.
Bước 6 : Mở LXTerminal. Gõ lệnh cd ~/nachos/nachos-3.4/code rồi Enter.
Bước 7 : Tiếp tục gõ make all để tiến hành cài đặt NachOS (Quá trình cài đặt sẽ tiến hành trong ít phút).
Bước 8 : Chạy thử chương trình trên NachOS bằng lệnh : ./userprog/nachos –rs 1023 –x ./test/halt rồi Enter

Kết quả chương trình sẽ hiện như sau:

Machine halting!
Ticks:totalxxidlexx,systemxx,userxx
Disk I/O: reads 0, writes0
Console I/O: reads 0, writes 0
Paging: faults 0
Network I/O: packets received 0, sent 0 Cleaning up…

🛠 Implement

Premilinary

Cơ chế thực hiện, quy trình trình thực thi của một chương trình trên NachOS

Một chương trình (ví dụ:Halt.c) muốn được thực thi thì nó cần phải được biên dịch quá trình biên dịch trên NachOS gồm ba bước:

Bước 1. Chương trình halt.c được cross-compiler biên dịch thành tập tin halt.s là mã hợp ngữ chạy trên kiến trúc MIPS
Bước 2. Tập tin halt.s được liên kết với starts.s để tạo thành tập tin halt.coff (bao gồm halt.o và start.o) là dạng file thực thi trên linux với kiến trúc MIPS
Bước 3. Tập tin halt.coff được tiện ích coff2noff được chuyển thành tập tin halt.noff dạng file thực thi trên NachOS kiến trúc MIPS

Các bước cập nhật thanh ghi

Bước 1: Mã của system call được đưa vào thanh ghi r2.
Bước 2: Các biến người dùng sử dụng được đưa vào thanh ghi r4, r5, r6.
Bước 3: Giá trị trả về của system call được đưa vào thanh ghi r2

Các bước tạo một Systemcall

Bước 1: Tạo macro: Tránh nhầm lẫn việc gọi hàm, cần define con số cụ thể trong kernel space thành một macro -> Vào ../code/userprog/syscall.h: #define <tên system call> <số cụ thể>

// VD: System Call “ReadInt”:
#define SC_ReadInt 11

Bước 2: Định nghĩa hàm trong file assembler Ta mở 2 files: code/test/start.c và code/test/start.s: Và chèn đoạn mã vào:

globl <tên hàm>
.ent <tên hàm>
<tên hàm>:
addiu $2,$0,<tên system call>
syscall
j $31
.end <tên hàm>

// Vi du
.globl ReadInt
.ent ReadInt
ReadInt:
addiu $2, $0, SC_ReadInt
syscall
j $31
.end ReadInt

Bước 3: Định nghĩa cụ thể cho một công việc Mở file usrprog/exception.cc
Chuyển đoạn mã If…..else sang đoạn mã switch….case với các case là các syscall cần gọi.
Bước 4 : Viết chương trình ở mức người dùng để kiểm tra file .c ./code/test
Sử dụng hàm như đã khai báo prototype ở /code/userprog/syscall.h
Bước 5 :Thêm đoạn vào Makefile trong /code/test/ Thêm tên file chạy chương trình vào dòng all all: halt shell matmult sort <tên file>
Thêm đoạn sau phía sau matmult:

<tên file>.o: <tên file>.c
$(CC) $(CFLAGS) -c <tên file>.c <tên file>:
<tên file>.o start.o
$(LD) $(LDFLAGS) start.o <tên file>.o -o <tên file>.coff
../bin/coff2noff <tên file>.coff <tên file>

Bước 6 : Biên dịch và chạy Nachos, cd tới ./nachos/code chạy lên make all

Lớp SynchConsole ở ../code/threads/ trong file system.h và system.cc

Chức năng: Hỗ trợ việc nhập xuất từ màn hình console
Gồm 2 hàm chính:
int Read(char *into, int numBytes): Cho phép nhập một chuỗi từ màn hình console và lưu biến thuộc vùng nhớ hệ điều hành NachOS.
int Write(char *from, int numBytes): Cho phép xuất một chuỗi từ biến thuộc vùng nhớ hệ điều hành NachOS ra màn hình console

System2User và User2System ở../code/userprog trong file exception.cc

int System2User(int virtAddr, int len, char* buffer): Hàm thực hiện chuyển một chuỗi được lưu trong hệ điều hành NachOS vào bộ nhớ của chương trình ứng dụng chạy trên NachOS/MIPS.
char User2System(int virtAddr, int limit)*: Hàm thực hiện chuyển một chuỗi được lưu trong vùng nhớ của chương trình chạy trên NachOS/MIPS vào vùng nhớ của hệ điều hành NachOS

Implement System call and exception

Cài đặt hàm IncreasePC():

Làm tăng Programming Counter để nạp lệnh tiếp theo để thực hiện. Ta thực hiện lưu giá trị của PC hiện tại cho PC trước, nạp giá trị kế cho PC hiện tại, nạp giá trị kế tiếp nữa cho PC kế.

Cài đặt syscall CreateFile: int CreateFile(char * name)

Dùng để tạo 1 file Giá trị trả về: 1 nếu Tạo thành công, 0 nếu tạo thất bại Sử dụng hệ thống filesystem để tạo file với hàm filesystem → Create(filename,0)

Cài đặt System Call: OpenFileID Open(char *name, int type) và int Close(OpenFileID

id)

Open Hàm mở file, sử dụng hàm OpenfileId Open(char*name, int type) là một hàm hệ thống đã cung cấp
Giá trị trả về là 1 nếu mở thành công, 0 nếu mở thất bại.
Theo đề bài, cần có một bảng mô tả file (lưu tối đa đượ c 10 file) nên hệ thống cần có một bảng gồm 10 dòng mà mỗi dòng là một cấu trúc mô tả file.ở đây ta sử dụng cấu trúc Table thêm vào thread.h và thread.cc để phục vụ việc đọc file.
Close Hàm đóng file
Giá trị trả về: 1 nếu thành công, 0 nếu thất bại
Sử dụng hàm currentThread->gbTalbe.closeFile(idFile)

Cài đặt System Call: int Read (char* buffer, int charcount, OpenFileID id) và int Write

(char* buffer, int charcount, OpenFileID id)

Write Hàm ghi xuống file
Giá trị trả về: 1 nếu thành công, 0 nếu thất bại
Load thông tin vào bảng mô tả file, sau đó thể hiện thông tin lên màn hình
Read Hàm đọc file
Giá trị trả về: 1 nếu thành công, 0 nếu thất bại
Sử dụng infoFile->of->Read trong đó infoFile = currentThread → gbTalbe.returnFile(idFile)

Cài đặt System Call: int Seek (int pos, OpenFileID id )

Dùng để thay đổi vị trí của con trỏ trong 1 file
Sử dụng thông tin trong gTable để tìm vị trí dịch chuyển của con trỏ và di chuyển tới vị trí cần thiết
Sử dụng currentThread→gbTalbe.m_Table[idFile].of→Seek(pos).currentThread→gbTalbe.m_Table[idFile].of→Seek(pos);

Chương trình createfile để kiểm tra System Call CreateFile

Dùng tên file cố định hoặc cho người dùng nhập vào từ console.
Ta gọi lại system call Open để mở file stdin với type quy ước bằng 2. Nếu mở file thành công thì gọi system call Read đọc tên file vừa nhập từ stdin và gọi system call CreateFile
để tạo file với tham số truyền vào là tên file đọc được. Cuối cùng là đóng file stdin với system call Close.

Chương trình echo

Xuất lại chuỗi người dùng nhập từ console
Sử dụng syscall Scan cho người dùng nhập vào chuỗi từ bàn phím, đẩy xuống lưu trong vùng nhớ. Sau đó sử dụng syscall Print để lấy dữ liệu ra khỏi vùng nhớ và xuất lên màn hình console

Chương trình cat

Hiện thị nội dung của một file
Dùng syscall ReadString cho người dùng nhập vào tên file cần hiển thị, đẩy tên file xuống lưu vào trong vùng nhớ. Lấy tên file đưa vào syscall Open với type = 1 (chỉ đọc) . Trong khi còn đọc không bị lỗi và chưa đến cuối file thì đọc file với độ dài maxlength và xuất ra console

Chương trình copy

Sao chép nội dung từ file nguồn sang file đích
Dùng syscall ReadString cho người dùng nhập vào tên file nguồn và đích, đẩy tên file xuống lưu vào trong vùng nhớ. Lấy tên file đưa vào syscall Open với type của file nguồn là 1 (tránh bị thay đổi nội dung file nguồn) và file đích với type = 0. Trong khi còn đọc không bị lỗi và chưa đến cuối file thì đọc file nguồn với độ dài maxlength và ghi vào file đích

🙏 Acknowledge

GV. Nguyễn Tấn Sơn. Bộ tài liệu giáo khoa (2018).
Saman Hadiani, Niklas Dahlbäck, and Uwe Assmann Linköpings Universitet. Nachos Beginner's Guid. https://www.ida.liu.se/~TDDI04/material/begguide/
Căn bản và rất căn bản về hệ điều hành NachOS. http://read.pudn.com/downloads161/ebook/733633/Nachos_CanBan/Nachos_CanBan.pdf
Dang Khoa-Le Tan. Loạt bài nachOS. http://dangkhoahome.blogspot.com/p/nachos.html
Nguyễn Thành Chung. Loạt video hướng dẫn đồ án nachOS. https://www.youtube.com/watch?v=t0jtY1C129s&list=PLRgTVtca98hUgCN2_2vzsAAXPiTFbvHpO

ngankhanh98/nachos