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CS162 / Systems

CS162 Project 1

Pintos 用户程序：参数传递、进程控制与系统调用的实现笔记。

· 2 min read · Revised 23 Oct 2026

好久没写Blog了，来讨论一下CS162的Project 1: User Programs吧！（古旧文档，一直忘了发

Based on UCB CS162 Spring 2024.

这是一篇历史课程笔记，环境和项目范围以 Spring 2024 为背景。下文校订补充一般性的内存与同步要求，不将其改写为当前学期的作业说明。

在此之前

  • 建议先阅读Pintos Doctumentation，想起来就翻一翻，注意Debug的部分，有很多好用的gdb命令
  • 从24Sp开始，不再依赖Vagrant搭建环境，转而使用Docker，更方便配置
    • 我使用M1 Mac作为主力机，想有个x86（非模拟的环境）只能借助本地搭建的另一个服务器（其实就是连了局域网的路由器，用VSCode/SSH协作），当时跑Vagrant，改配置文件很头痛。也是我没继续写162的原因（？
    • 现在提供了aarch64和x86的Docker环境，very good！
  • 自己写注释很重要
  • 编写合适的helper_function：能不在大段的代码下实现更复杂的操作，将其隔离开来，能大大优化代码的可读性

开胃菜

回想下proj0让我们做了什么，执行do-nothing却发生page fault，主要源于权限的划分，User身份的进程不应该越界访问属于Kernel的地址，通过Pintos Doc/Virtual Memory Layout中知道

User virtual memory ranges from virtual address 0 up to PHYS_BASE, which is defined in threads/vaddr.h and defaults to 0xc0000000 (3 GB). Kernel virtual memory occupies the rest of the virtual address space, from PHYS_BASE up to 4 GB.

发生中断的位置正好在0xc0000000!

从Program startup details中我们知道，主要是没有正确初始化堆栈或相关寄存器的状态，为了通过这个部分，偷偷修改esp就好了。

别忘了对齐：

The x86 ABI requires that %esp be aligned to a 16-byte boundary at the time the call instruction is executed

然后其他测试可能还是过不了🥲

进入正题

建议按照Project1提供的Plan思路进行实现

Argument Passing

  • 传入thread_create的参数，没有经过预处理

    • tid_t thread_create(const char* name, int priority, thread_func* function, void* aux)
    • 我们需要从整串命令中切割出执行程序

  • 关于切割，自然而然会想到使用strtok_r，以空格作为split的字符，会有问题吗？

    • char* strtok_r(char* s, const char* delimiters, char** save_ptr)
    • 会，遇到引号内的空格怎么办？
    • 在现实中有相关的库实现，可以直接切割命令行参数，考虑的比我们仔细，很可惜，这是Pintos，它不依赖与外部库实现编译
    • 是否需要引号解析，应以该学期的项目要求为准，不要把完整 shell 语法当作 Pintos 的默认要求。拆分参数的 helper function 仍然有助于整理实现。

  • 在设计之初我就开始考虑效率的问题，纠结了很久的实现，比如要不要省去命令行中多余的空格，减少空间的浪费，在代码什么位置进行命令行的处理

    • 最终我还是直接进行了整块内存的copy，取巧的是可以提前计算复制到栈空间的offset(argv[i])
    • 建议计算esp时，对应原因的minus与对应的type要有关系
    • 强制转化指针类型并赋值时也要对应起来（主要是规范与易读

  • 不要忘了align

Process Control Syscalls

  • 这个部分最重要的就是无效地址的识别。看起来很简单，坑小多

    • 读取 argv[i] 前，应检查保存这个指针的整个内存区域；取得指针后，还要检查它所指向的数据，包括跨页情况。C 表达式 argv + i 已按元素大小缩放，相当于字节地址加上 i * sizeof(*argv)。

  • 我比较喜欢使用switch case的形式，只要记得break就好

  • 这个部分最重要的是exec及wait的实现

  • pid_t exec (const char *cmd_line)

    • If the program cannot load or run for any reason, return -1. Thus, the parent process cannot return from a call to exec until it knows whether the child process successfully loaded its executable.
    • 重要的是选择合适的同步工具，分析一下：一个父进程通过process_execute调用thread_create，子线程会通过start_process初始化（thread_create也初始化了一部分），不同进程的系统调用可能交错，不能假设全局只有一个 exec。每个父子进程之间都需要同步装载结果；我选择用初始值为 0 的 semaphore 传递完成信号
      • 若为thread的结构体添加sema变量，要注意初始化
      • sema_up 和 sema_down的位置要想好
    • 既然能自己设计结构体，在初始化时我也会设置其parent的thread指针

  • int wait (pid_t pid)

    • 为了简化这一块的实现，我创建了新的children_info结构体，主要有两个作用
      • 作为父进程寻找子进程的手段，在thread中维护一个list即可
      • 记录其进程情况，方便父进程查看信息，例如返回值或是否被等待
    • 这里的同步原语我都采用了sema
    • 被等待过的pid再次wait直接返回-1
    • 仍然存活的child会将其设置为被等待的状态，并通过sema_down等待children结束
    • 父进程可以不等待部分或全部子进程就退出。要处理父子退出的不同先后顺序，保证退出状态记录的生命周期正确；不应让 exit 强制等待所有子进程。

File Operation Syscalls

  • 可以先实现最基本的，再优化同步的问题
  • 或许可以用上filesys/file.h中的file_deny_write及file_allow_write

Floating Point Operations

  • 这块的代码量不大，主要是学习几个基本的汇编指令，并修改switch/interrupt相关的结构体，使其能保存fpu的status

Other

  • 最好检查一下内存的管理，multiple-oom不能过有可能是有些内存没有free？也可能是同步原语导致的死锁
  • 我在float-point部分的实现下，有些测试的输出没有问题，但仍然会报错
    • Bail out! ERROR:../../accel/tcg/tcg-accel-ops.c:79:tcg_handle_interrupt: assertion failed: (qemu_mutex_iothread_locked())
    • 去翻了一下以为是qemu的问题
      • 尝试了n种姿势的排查，有且不限于本地build qemu，结果还是不行等…
    • 在找到没有实现的点后便能通过测试，过不了大抵不是电脑的问题。。。。
    • 破案：就是我的实现有问题。

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校订依据

以上链接是校订时可访问的官方文档；当前课程可能已调整项目范围。

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