实现终端
我们的终端也很简单:其功能为你输入想要执行的用户程序如 rust/hello_world
,随后按下回车,内核就会帮你执行这个程序。
所以,我们需要实现一个新的系统调用:
- 执行程序,系统调用
终端的实现基于上一节所讲的记事本:
// usr/rust/src/bin/user_shell.rs
#![no_std]
#![no_main]
extern crate alloc;
#[macro_use]
extern crate user;
const LF: u8 = 0x0au8;
const CR: u8 = 0x0du8;
const DL: u8 = 0x7fu8;
const BS: u8 = 0x08u8;
use alloc::string::String;
use user::io::getc;
use user::io::putchar;
use user::syscall::sys_exec;
#[no_mangle]
pub fn main() {
println!("Rust user shell");
// 保存本行已经输入的内容
let mut line: String = String::new();
print!(">> ");
loop {
let c = getc();
match c {
LF | CR => {
// 如果遇到回车或换行
println!("");
if !line.is_empty() {
println!("searching for program {}", line);
// 这里在程序名结尾需要手动添加 '\0',因为 Rust 编译器不会帮我们在字符串结尾附上 '\0'
line.push('\0');
// 使用系统调用执行程序
sys_exec(line.as_ptr());
// 清空本行内容
line.clear();
}
print!(">> ");
}
DL => {
// 如果是退格键
if !line.is_empty() {
putchar(BS as char);
putchar(' ');
putchar(BS as char);
line.pop();
}
}
_ => {
// 否则正常输入
print!("{}", c as char);
line.push(c as char);
}
}
}
}
以及用户态的系统调用
// usr/rust/src/syscall.rs
enum SyscallId {
...
Exec = 221,
}
// 传入路径字符串的地址
pub fn sys_exec(path: *const u8) {
sys_call(SyscallId::Exec, path as usize, 0, 0, 0);
}
那我们如何在内核中实现这个系统调用呢?大概流程是:
- 解析传入的路径字符串
- 创建一个对应的用户线程,并加入调度
现在的问题是我们只有一个输出即输出到屏幕,如果用户线程和终端线程同时运行,他们输出的信息会混杂在一起让我们很难区分。因此我们的做法是:借用上一节阻塞的方法,当终端线程准备启动其他用户线程时,它会放弃 CPU 资源进入阻塞状态;直到被启动的用户线程结束后才唤醒启动它的终端线程。这样就可解决这个问题。
但是也不必使用上一节中的条件变量,我们在线程结构体中加入:
// src/process/structs.rs
pub struct Thread {
...
pub wait: Option<Tid>,
}
这表示正在等待这个线程运行结束的线程 Tid 。在线程退出时:
// src/process/processor.rs
impl Processor {
pub fn exit(&self, code: usize) -> ! {
disable_and_store();
let inner = self.inner();
let tid = inner.current.as_ref().unwrap().0;
inner.pool.exit(tid);
println!("thread {} exited, exit code = {}", tid, code);
// 加入这个判断
// 如果有一个线程正在等待当前线程运行结束
// 将其唤醒
if let Some(wait) = inner.current.as_ref().unwrap().1.wait {
inner.pool.wakeup(wait);
}
inner.current
.as_mut()
.unwrap()
.1
.switch_to(&mut inner.idle);
loop {}
}
}
由于 Thread
的字段发生了变化,之前所有创建 Thread
的代码都要做出相应的修改,将 wait
字段的值设置为 None
即可。新建用户线程时,要新加入一个参数 wait_thread
。
// src/process/structs.rs
impl Thread {
pub fn new_kernel(entry: usize) -> Box<Thread> {
unsafe {
let kstack_ = KernelStack::new();
Box::new(Thread {
context: Context::new_kernel_thread(entry, kstack_.top(), satp::read().bits()),
kstack: kstack_,
wait: None
})
}
}
pub fn get_boot_thread() -> Box<Thread> {
Box::new(Thread {
context: Context::null(),
kstack: KernelStack::new_empty(),
wait: None
})
}
pub unsafe fn new_user(data: &[u8], wait_thread: Option<Tid>) -> Box<Thread> {
...
Box::new(
Thread {
context: Context::new_user_thread(entry_addr, ustack_top, kstack.top(), vm.token()),
kstack: kstack,
proc: Some(
Arc::new(
Process {
vm: Arc::new(vm)
}
),
),
wait: wait_thread
}
)
...
}
}
现在我们在内核中实现该系统调用:
// src/syscall.rs
pub const SYS_EXEC: usize = 221;
pub fn syscall(id: usize, args: [usize; 3], tf: &mut TrapFrame) -> isize {
match id {
...
SYS_EXEC => {
sys_exec(args[0] as *const u8)
},
...
}
}
pub unsafe fn from_cstr(s: *const u8) -> &'static str {
use core::{ slice, str };
// 使用迭代器获得字符串长度
let len = (0usize..).find(|&i| *s.add(i) == 0).unwrap();
str::from_utf8(slice::from_raw_parts(s, len)).unwrap()
}
fn sys_exec(path: *const u8) -> isize {
let valid = process::execute(unsafe { from_cstr(path) }, Some(process::current_tid()));
// 如果正常执行,则阻塞终端线程,等到启动的这个用户线程运行结束
if valid { process::yield_now(); }
// 不能正常执行,直接返回;或者被启动线程结束后唤醒终端线程之后返回
return 0;
}
// src/process/mod.rs
// 返回值表示是否正常执行
pub fn execute(path: &str, host_tid: Option<Tid>) -> bool {
let find_result = ROOT_INODE.lookup(path);
match find_result {
Ok(inode) => {
let data = inode.read_as_vec().unwrap();
// 这里创建用户线程时,传入 host_tid
let user_thread = unsafe { Thread::new_user(data.as_slice(), host_tid) };
CPU.add_thread(user_thread);
true
},
Err(_) => {
// 如果找不到路径字符串对应的用户程序
println!("command not found!");
false
}
}
}
这样我们在线程初始化中直接调用这个封装好的函数就好了。
// src/process/mod.rs
pub fn init() {
...
execute("rust/user_shell", None);
...
}
这里虽然还是将 rust/user_shell
硬编码到内核中,但是好歹它可以交互式运行其他程序了!
试一试运行 rust/hello_world
,它工作的很好;rust/notebook
也不赖,但是我们没有实现 Ctrl+c
的功能,因此就无法从记事本中退出了。随便输入一个不存在的程序,终端也不会崩溃,而是会提示程序不存在!
所有的代码可以在这里找到。