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chapter3练习
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- 本节难度：编程试水
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本章任务
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- 注意本节任务最终对应一次 lab 提交。
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- 老规矩，先 `make test BASE=1` 看下啥情况。
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- 理解框架的多任务加载机制，了解此时用户和内核的大概内存布局。在此基础上，实现本章编程作业 sys_task_info。
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- 最终，完成实验报告并 push 你的 ch3 分支到远程仓库。push 代码后会自动执行 CI，代码给分以 CI 给分为准。
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获取任务信息
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ch3 中，我们的系统已经能够支持多个任务分时轮流运行，我们希望引入一个新的系统调用 ``sys_task_info`` 以获取任务的信息，定义如下：
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.. code-block:: C
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int sys_task_info(TaskInfo *ti);
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- syscall ID: 410
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- 查询当前正在执行的任务信息，任务信息包括任务控制块相关信息（任务状态）、任务使用的系统调用次数、任务总运行时长。
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.. code-block:: C
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struct TaskInfo {
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TaskStatus status;
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unsigned int syscall_times[MAX_SYSCALL_NUM];
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int time;
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};
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- 参数：
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- ti: 待查询任务信息
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- 返回值：执行成功返回0，错误返回-1
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- 说明：
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- 相关结构已在框架中给出，只需添加逻辑实现功能需求即可。
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- 在我们的实验中，系统调用号一定小于 500，所以直接使用一个长为 ``MAX_SYSCALL_NUM=500`` 的数组做桶计数。
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- 我们约定调用 sys_task_info 时对本次系统调用也进行计数，因此返回的 syscall_times 中对 sys_task_info 的计数一定不会是 0。
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- 简单起见运行时间 time 返回系统调用时刻距离任务首次被调度时刻的时长即可；一种更有意义但是难度稍微高一些的做法是返回任务处于 Running 状态的运行时长：包含用户态时间和内核态时间，不包含调度到其他任务的时间。你可以思考下后者如何实现，但是为了通过测例建议使用前者（即考虑 real time）。
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- 我们约定 time 的单位是 ms，为了得到时间可以使用 `get_cycle` 配合 CPU_FREQ，参考系统调用中 `sys_gettimeofday` 的实现或许会对你有所启发。
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- 由于查询的是当前任务的状态，因此 TaskStatus 一定是 Running。（助教起初想设计根据任务 id 查询，但是既不好定义任务 id 也不好写测例，遂放弃 QAQ）
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- 提示：
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- 大胆修改已有框架！除了配置文件，你几乎可以随意修改已有框架的内容。
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- 程序运行时间可以通过调用 ``get_time()`` 获取。
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- 系统调用次数可以考虑在进入内核态系统调用异常处理函数之后，进入具体系统调用函数之前维护。
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- 阅读 proc 的实现，思考如何维护内核控制块信息（可以在控制块可变部分加入其他需要的信息）。
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实验要求
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- 完成分支: ch3。
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- 实验目录要求
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.. code-block::
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├── os(内核实现)
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│ └── ...
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├── reports (不是 report)
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│ ├── lab1.md/pdf
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│ └── ...
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├── ...
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- 通过所有测例：
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CI 使用的测例与本地相同，测试中，user 文件夹及其它与构建相关的文件将被替换，请不要试图依靠硬编码通过测试。
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.. note::
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你的实现只需且必须通过测例，建议读者感到困惑时先检查测例。
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.. ch3问答作业::
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.. 实验结果
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本实验采用了github classroom的自动评分功能，完成实验提交（git push）后会触发自动测试，实验测试结果可以在在线统计<https://ucore-rv-64.github.io/classroom-grading/>中查看。
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问答作业
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1. 正确进入 U 态后，程序的特征还应有：使用 S 态特权指令，访问 S 态寄存器后会报错。请同学们可以自行测试这些内容（参考 `前三个测例 <https://github.com/LearningOS/uCore-Tutorial-Test-2023S/tree/main/src>`_ ，描述程序出错行为，同时注意注明你使用的 sbi 及其版本。
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2. 请结合用例理解 `trampoline.S <https://github.com/LearningOS/uCore-Tutorial-Code-2023S/blob/ch3/os/trampoline.S>`_ 中两个函数 `userret` 和 `uservec` 的作用，并回答如下几个问题:
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1. L79: 刚进入 `userret` 时，`a0`、`a1` 分别代表了什么值。
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2. L87-L88: `sfence` 指令有何作用？为什么要执行该指令，当前章节中，删掉该指令会导致错误吗？
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.. code-block:: assembly
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csrw satp, a1
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sfence.vma zero, zero
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3. L96-L125: 为何注释中说要除去 `a0`？哪一个地址代表 `a0`？现在 `a0` 的值存在何处？
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.. code-block:: assembly
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# restore all but a0 from TRAPFRAME
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ld ra, 40(a0)
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ld sp, 48(a0)
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ld t5, 272(a0)
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ld t6, 280(a0)
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4. `userret`：中发生状态切换在哪一条指令？为何执行之后会进入用户态？
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5. L29： 执行之后，a0 和 sscratch 中各是什么值，为什么？
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.. code-block:: assembly
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csrrw a0, sscratch, a0
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6. L32-L61: 从 trapframe 第几项开始保存？为什么？是否从该项开始保存了所有的值，如果不是，为什么？
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.. code-block:: assembly
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sd ra, 40(a0)
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sd sp, 48(a0)
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...
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sd t5, 272(a0)
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sd t6, 280(a0)
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7. 进入 S 态是哪一条指令发生的？
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8. L75-L76: `ld t0, 16(a0)` 执行之后，`t0`中的值是什么，解释该值的由来？
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.. code-block:: assembly
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ld t0, 16(a0)
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jr t0
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.. ch3报告要求::
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报告要求
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- 简单总结你实现的功能（200字以内，不要贴代码）。
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- 完成问答题。
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- 推荐markdown文档格式。
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- 加入 :doc:`/honorcode` 的内容。否则，你的提交将视作无效，本次实验的成绩将按“0”分计。
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- CI 网站提交，注明姓名学号。
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- 注意目录要求，报告命名 ``lab1.md`` 或 ``lab1.pdf``，位于 ``reports`` 目录下。命名错误视作没有提交。后续实验同理。
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- (optional) 你对本次实验设计及难度/工作量的看法，以及有哪些需要改进的地方，欢迎畅所欲言。
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.. warning::
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请勿抄袭，报告会进行抽样查重！
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