【MIT6.S081】Lab1: Xv6 and Unix utilities(详细解答版)

实验内容网址：https://xv6.dgs.zone/labs/requirements/lab1.html

Sleep

关键点：函数参数判断、系统函数调用

思路：

通过argc来判断函数参数是否正确，通过atoi函数来讲字符串转化为整型，调用sleep函数后退出程序。

代码：

#include "kernel/types.h"
#include "kernel/stat.h"
#include "user/user.h"

int
main(int argc, char *argv[])
{
    int time;
    if(argc != 2){
        printf("usage:%s timexx\n",argv[0]);
        exit(-1);
    }
    time = atoi(argv[1]);
    sleep(time);
    exit(0);
}

Pingpong

关键点：

pipe()、fork()、read()、write()、getpid()

思路：

管道是作为一对文件描述符公开给进程的小型内核缓冲区，一个用于读取，一个用于写入。将数据写入管道的一端使得这些数据可以从管道的另一端读取。
其初始化方式为：

int p[2];
pipe(p);
// p[0]是管道的读取端
// P[1]是管道的写入端

根据题目要求，父进程和子进程都需要向对方发送字节，那么可以定义2个管道，代码如下

#define READ 0
#define WRITE 1
int father2child[2];
int child2father[2];
pipe(father2child);
pipe(child2father);

创建进程使用fork 函数，在父进程中，fork返回子类的PID；在子进程中，fork返回零。

步骤：

  1. 新建 pingpong.c文件，并在MakeFile文件的UPROGS中加入程序。
  2. 编写如下的代码，运行make qemu进行编译并运行pingpong.
#include "kernel/types.h"
#include "kernel/stat.h"
#include "user/user.h"
#define READ 0
#define WRITE 1

int
main(int argc, char *argv[])
{
    int father2child[2];
    int child2father[2];
    char sendByte = 'A';
    pipe(father2child);

    pipe(child2father);
    if(fork() == 0){
        // 子进程
        // 管道关闭,这两个方向的管道不需要使用（感觉不用也可以，可以代码写完再看看哪里需要关闭）
        close(father2child[WRITE]);
        close(child2father[READ]);
        // 子进程接收父进程的字节并打印
        char tmp;
        if(read(father2child[READ],&tmp , 1) != 1 ){
            printf("read error\n");
        }
        printf("%d: received ping\n",getpid());

        // 通过管道写入字节发送给父进程
        write(child2father[WRITE],&sendByte,1);
        // 关闭管道退出程序
        close(father2child[READ]);
        close(child2father[WRITE]);
        exit(0);

    }else{
        // 父进程
        // 管道关闭
        close(father2child[READ]);
        close(child2father[WRITE]);
        // 父进程向子进程发送一个字节
        char tmp;
        write(father2child[WRITE], &sendByte, 1);
        // 父进程读取从子进程而来的字节
        if(read(child2father[READ], &tmp, 1) != 1){
            printf("read error\n");
        }
        printf("%d: received pong\n",getpid());
        // 关闭管道退出程序
        close(father2child[WRITE]);
        close(child2father[READ]);
        exit(0);

    }

    
}

这里的close掉某一些管道的做法个人认为可以不用，当然加上去更好，避免错误使用到这些管道端口。对于2对管道4个管道端口，父子进程都有这4个管道端口的文件描述符，对于父进程，可以把father2child[READ]和child2father[WRITE]关闭掉，这不会影响子进程对这两个端口的使用。对于子进程则把相反的管道端口关闭。

Primes

关键点：

pipe() 、fork()、递归思想、素数判断

思路：

一开始看的时候会看不懂题目，题目的要求就是找出2-35中的素数（质数）。本题寻找素数的方法可以看下图
在这里插入图片描述
对于一个进程，从左管道中读入第一个数，然后将第一个数打印出来（这个数是素数）。然后从左管道读入其他数，将其他数与第一个数相除，若不整除，则将该数写入右管道中。递归后可以得到2-35中的每一个素数。
本题涉及到递归思想，需要构造递归函数；然后是对于每个进程都需要有2个管道，一个管道是父进程与子进程的，一个管道是子进程与孙进程的；最后还需要及时关闭不使用的管道端口，避免系统资源不够用。

步骤：

  1. 从第一个进程（戏称:始祖进程hhh）开始，定义管道，遍历2-35，将每个整型写入管道中，调用fork生成子进程，父进程则关闭管道的文件描述符并退出。
  2. 从第二个进程开始，需要使用递归了，则编写递归函数 primes（int* left_pipe) ，该函数的参数是父进程给子进程的左管道。在primes函数中，读取左管道第一个数作为素数并打印出来。接着创建新的管道（可以认为是右管道）。然后从左管道中读取每个整型，经过是否素数判断，若是则写入右管道中；接着进行fork创建孙进程，孙进程中继续调用primes（right_pipe），将右管道传给孙进程。子进程则关闭不使用的文件描述符，退出进程。
  3. 递归…直到最后一个进程连第一个数值也读不到的时候直接退出进程，程序结束。

代码：

#include "kernel/types.h"
#include "kernel/stat.h"
#include "user/user.h"
#define READ 0
#define WRITE 1

void primes(int* left_pipe){
    // 关闭左管道的write端口
    close(left_pipe[WRITE]);
    // 读取第一个值
    int first = 0;
    if(read(left_pipe[READ],&first,sizeof(int)) != sizeof(int)){
        exit(0);
    }
    // 按照要求打印
    printf("primes %d\n",first);
    // 创建管道
    int right_pipe[2];
    pipe(right_pipe);
    // 从左管道读入并写到右管道中
    int num;
    while(read(left_pipe[READ], &num,sizeof(int) == sizeof(int))){
        if(num%first != 0){
            // 将素数写入右管道中
            write(right_pipe[WRITE],&num, sizeof(int));
        }
    }
    // 创建子进程
    if(fork() == 0){
        primes(right_pipe);
    }
    else{
        close(left_pipe[READ]);
        close(right_pipe[READ]);
        close(right_pipe[WRITE]);
        // 等待子进程退出?
        wait(0);
    }
    exit(0);
}

int
main(int argc, char *argv[])
{
    // 定义一个管道
    int p[2];
    pipe(p);
    //从第一个进程开始,将2-35输入到子进程中
    for(int i = 2; i <= 35; i++){
        write(p[WRITE],&i,sizeof(int));
    }
    if(fork() == 0){
        // 子进程
        primes(p);
    }
    else{
        close(p[WRITE]);
        close(p[READ]);
        // 等待子进程退出?
        wait(0);
    }
    

    exit(0);
}

未解：

父进程使用wait(0)会等待子进程全部退出后才退出吗？

Find

关键点：user/ls.c实现、目录遍历、递归思想

思路：

首先要弄懂 user/ls.c中功能的实现。
fmtname()的作用是去除文件路径中的路径，只保留住文件名，如果文件名程度超过DIRSIZ则直接返回，若不超过则要补全空格。
如果path 是一个文件的话，则直接输出文件名。若path是一个目录的话。循环读取目录中的每个条目，并检查其索引节点号 (inum)。如果索引节点号为0，我们跳过该条目。否则，我们将条目的名称复制到 buf 的末尾，并添加一个终止字符。接着，我们获取该条目的状态信息，并打印其信息。如果获取状态信息失败，我们打印错误消息并继续下一个条目。
搞懂user/ls.c后，就可以在这上面做修改。

步骤：

  1. 新建find.c文件，首先进行参数检查
  2. 定义递归函数，传入本轮递归的路径和目标文件名。
  3. 递归函数中，如果path是文件名的话则进行文件名判断，再打印。如果是目录，则循环遍历每一个条目，过滤掉. …后进行递归。具体还是看代码吧，思路比较清晰。

代码：

#include "kernel/types.h"
#include "kernel/stat.h"
#include "user/user.h"
#include "kernel/fs.h"

// 用于分割出带有/路径的文件名
// input:a/b/filename
// output:filename
char*
my_fmtname(char *path)
{
  char *p;
  // Find first character after last slash.
  for(p=path+strlen(path); p >= path && *p != '/'; p--)
    ;
  p++;

  return p;
}

void find(char* path, char* target_filename){
    // 模仿ls函数
    char buf[512], *p;  // 用于存储文件或目录路径的缓冲区。
    int fd;             // 文件描述符，用于后续的文件或目录操作。
    struct dirent de;   // 一个 dirent 结构体，用于读取目录中的条目。
    struct stat st;     // 一个 stat 结构体，用于存储文件或目录的状态信息。
    // 尝试打开目录
    if((fd = open(path, 0)) < 0){
        fprintf(2, "find: cannot open %s\n", path);
        return;
    }
    // 尝试获取状态信息
    if(fstat(fd, &st) < 0){
        fprintf(2, "find: cannot stat %s\n", path);
        close(fd);
        return;
    }

    switch(st.type){
    // 如果path指向的是一个文件，判断该文件与目标文件名是否一样
    case T_FILE:
       
       if(strcmp(my_fmtname(path),target_filename) == 0){
        // 表示文件名一样
        printf("%s\n",path);
       }
       break;
    case T_DIR:
        if(strlen(path) + 1 + DIRSIZ + 1 > sizeof buf){
            printf("find: path too long\n");
            break;
        }
        strcpy(buf, path);
        p = buf+strlen(buf);
        *p++ = '/';
        // 循环读取目录中的每个条目，并检查其索引节点号
        while(read(fd, &de, sizeof(de)) == sizeof(de)){
            if(de.inum == 0)
                continue;
            // 过滤 . ..
            if(!strcmp(de.name,".") || !strcmp(de.name,".."))
                continue;
            memmove(p, de.name, DIRSIZ);
            p[DIRSIZ] = 0;
            if(stat(buf, &st) < 0){
                printf("find: cannot stat %s\n", buf);
                continue;
            }
            //递归！！！
            find(buf, target_filename);
        }
        break;
    }
    close(fd);
}

void
main(int argc, char *argv[])
{
  
    if(argc != 3){
        printf("usage: %s <dir> <filename>",argv[0]);
        exit(0);
    }
    find(argv[1], argv[2]);
    exit(0);
}

Xargs

待施工

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