[xv6-mit-6.S081-2020]Lab1: util

Lab: Xv6 and Unix utilities

https://pdos.csail.mit.edu/6.S081/2020/labs/util.html

代码：https://github.com/xyfJASON/xv6-mit-6.S081-2020/tree/util

sleep

任务：暂停指定 ticks，1 个 tick 由 xv6 内核定义。

这个任务就是用来让我们熟悉 xv6 的运作方式的。user 目录下是用户程序，kernel 目录下是内核程序，本次实验只需要添加用户程序，不涉及内核。在写好一个用户程序（如 sleep.c）之后，修改 Makefile 文件，这样在编译之后 xv6 就能得到 sleep 可执行文件（类似于 linux 下 /bin/ 中的内容），从而可以通过 shell 运行它。

xv6 系统提供了系统调用 sleep()，因而我们的 sleep.c 用户程序只需调用它。为了避免混乱，在此说明一下：当我们给 shell 输入 sleep 命令时，实际上是在执行我们写的 sleep 用户程序，而这个用户程序通过 sleep 系统调用执行了内核的相关代码，完成了暂停的功能。至于系统调用的过程中发生了什么，就是下一次实验要考虑的内容了。

pingpong

任务：父进程将“ping”写入管道，子进程从管道将其读出并打印。子进程从父进程收到字符串后，将“pong”写入另一个管道，然后由父进程从该管道读取并打印。

这个任务主要是学习使用管道的方法。我认为重点是要正确认识到文件描述符是什么，在此基础上管道就不难理解了。关于文件描述符的资料很多，在此不赘述。

最后记住不用的管道一定要 close 掉，否则读完了还在读、或写满了还在写就会一直被阻塞。

primes

任务：使用管道实现质数筛选，输出2~35之间的所有质数。

筛选思路：主进程将所有数据输入到管道的左侧，第一个子进程从管道读出并筛选出2，排除掉2的倍数，其他数字再写入下一管道；第二个子进程读出并筛选出3，排除掉3的倍数，其他数字写入到下一管道；第三个子进程读出筛选出5，以此类推……

这是这次实验中最难的内容。不难想到可以用递归实现，怎样设计这个递归是一个难点。我的实现如下：

从原理图可以看见，整个过程可以分为若干个阶段：筛 2 阶段、筛 3 阶段、筛 5 阶段、……每一个阶段都会从上一个阶段读入若干待处理数字，认定第一个读入的数字为素数，并筛去它的倍数。我把每一个阶段都交给一个进程负责。因此，每一层递归我们要做的事情就有：创建向下一个阶段传输的管道 p，然后 fork，父进程从前一个管道（递归时将管道文件描述符作为参数）读入数字，如果当前数字不被筛去，则输出到 p；子进程递归这个过程。如果从前一个管道读入的时候发现写端（它的父进程）已经关闭了，那么 read 将返回 0，我们以此作为递归的终止条件。

需要注意的是，xv6 系统文件描述符有限，因此创建管道有数量的限制。素数筛到 31 已经是上限，如果发现程序筛到 29 还没问题，筛到 31 就出错，那需要好好考虑一下有没有不用的管道没关闭和递归的终止条件。

find

任务：在目录树中查找名称与字符串匹配的所有文件，输出文件的相对路径。

这个任务需要参考 ls.c 的实现，读懂 ls.c 的逻辑，不需要一路回看到源码，根据变量名和上下文猜就行了。然后在 ls.c 的基础上略作更改，在搜索到文件时改成判断是否与要找的文件名相同，相同则输出 path；在搜索到目录时改成递归 find 即可。

xargs

任务：从标准输入中读取一些行，对于每一行，将该行作为参数运行一次指定的命令。

这个任务最难的点在于搞懂 xargs 的工作方式。xargs 后接一个命令，然后从标准输入读入若干行参数，每读一行，就用这一行的参数运行一次命令。

xargs 一般用作管道的读端，这样在管道的写端运行一个命令，视命令的输出为参数，写入管道，然后 xargs 读入这些参数。例如 echo hello | xargs echo bye，管道的写端执行命令 echo hello，于是将 "hello" 写入管道，xargs 读入 "hello" 作为 echo bye 的参数，于是命令变成了 echo bye hello，因此这条命令的执行结果是 "bye hello"。

实现的重点主要是字符串的处理，要求把输入的字符串转化成 *argv[] 的形式，即一个字符串数组；然后创建一个子进程执行命令，注意 exec() 的第一个参数为执行的命令名称，第二个参数为参数列表且以 0 结尾；父进程等待子进程执行结束后继续。