Fix comment.
[pintos-anon] / solutions / p4.patch
1 Index: src/Makefile.build
2 diff -u src/Makefile.build~ src/Makefile.build
3 --- src/Makefile.build~
4 +++ src/Makefile.build
5 @@ -53,7 +53,9 @@ userprog_SRC += userprog/gdt.c                # GDT in
6  userprog_SRC += userprog/tss.c         # TSS management.
7  
8  # No virtual memory code yet.
9 -#vm_SRC = vm/file.c                    # Some file.
10 +vm_SRC = vm/page.c
11 +vm_SRC += vm/frame.c
12 +vm_SRC += vm/swap.c
13  
14  # Filesystem code.
15  filesys_SRC  = filesys/filesys.c       # Filesystem core.
16 @@ -62,6 +64,7 @@ filesys_SRC += filesys/file.c         # Files.
17  filesys_SRC += filesys/directory.c     # Directories.
18  filesys_SRC += filesys/inode.c         # File headers.
19  filesys_SRC += filesys/fsutil.c                # Utilities.
20 +filesys_SRC += filesys/cache.c         # Cache.
21  
22  SOURCES = $(foreach dir,$(KERNEL_SUBDIRS),$($(dir)_SRC))
23  OBJECTS = $(patsubst %.c,%.o,$(patsubst %.S,%.o,$(SOURCES)))
24 Index: src/devices/timer.c
25 diff -u src/devices/timer.c~ src/devices/timer.c
26 --- src/devices/timer.c~
27 +++ src/devices/timer.c
28 @@ -23,6 +23,9 @@ static volatile int64_t ticks;
29     Initialized by timer_calibrate(). */
30  static unsigned loops_per_tick;
31  
32 +/* Threads waiting in timer_sleep(). */
33 +static struct list wait_list;
34 +
35  static intr_handler_func timer_interrupt;
36  static bool too_many_loops (unsigned loops);
37  static void busy_wait (int64_t loops);
38 @@ -43,6 +46,8 @@ timer_init (void) 
39    outb (0x40, count >> 8);
40  
41    intr_register_ext (0x20, timer_interrupt, "8254 Timer");
42 +
43 +  list_init (&wait_list);
44  }
45  
46  /* Calibrates loops_per_tick, used to implement brief delays. */
47 @@ -87,15 +92,36 @@ timer_elapsed (int64_t then) 
48    return timer_ticks () - then;
49  }
50  
51 +/* Compares two threads based on their wake-up times. */
52 +static bool
53 +compare_threads_by_wakeup_time (const struct list_elem *a_,
54 +                                const struct list_elem *b_,
55 +                                void *aux UNUSED) 
56 +{
57 +  const struct thread *a = list_entry (a_, struct thread, timer_elem);
58 +  const struct thread *b = list_entry (b_, struct thread, timer_elem);
59 +
60 +  return a->wakeup_time < b->wakeup_time;
61 +}
62 +
63  /* Suspends execution for approximately TICKS timer ticks. */
64  void
65  timer_sleep (int64_t ticks) 
66  {
67 -  int64_t start = timer_ticks ();
68 +  struct thread *t = thread_current ();
69 +
70 +  /* Schedule our wake-up time. */
71 +  t->wakeup_time = timer_ticks () + ticks;
72  
73 +  /* Atomically insert the current thread into the wait list. */
74    ASSERT (intr_get_level () == INTR_ON);
75 -  while (timer_elapsed (start) < ticks) 
76 -    thread_yield ();
77 +  intr_disable ();
78 +  list_insert_ordered (&wait_list, &t->timer_elem,
79 +                       compare_threads_by_wakeup_time, NULL);
80 +  intr_enable ();
81 +
82 +  /* Wait. */
83 +  sema_down (&t->timer_sema);
84  }
85  
86  /* Suspends execution for approximately MS milliseconds. */
87 @@ -132,6 +158,16 @@ timer_interrupt (struct intr_frame *args
88  {
89    ticks++;
90    thread_tick ();
91 +
92 +  while (!list_empty (&wait_list))
93 +    {
94 +      struct thread *t = list_entry (list_front (&wait_list),
95 +                                     struct thread, timer_elem);
96 +      if (ticks < t->wakeup_time) 
97 +        break;
98 +      sema_up (&t->timer_sema);
99 +      list_pop_front (&wait_list);
100 +    }
101  }
102  
103  /* Returns true if LOOPS iterations waits for more than one timer
104 Index: src/filesys/Make.vars
105 diff -u src/filesys/Make.vars~ src/filesys/Make.vars
106 --- src/filesys/Make.vars~
107 +++ src/filesys/Make.vars
108 @@ -6,7 +6,7 @@ TEST_SUBDIRS = tests/userprog tests/file
109  GRADING_FILE = $(SRCDIR)/tests/filesys/Grading.no-vm
110  
111  # Uncomment the lines below to enable VM.
112 -#os.dsk: DEFINES += -DVM
113 -#KERNEL_SUBDIRS += vm
114 -#TEST_SUBDIRS += tests/vm
115 -#GRADING_FILE = $(SRCDIR)/tests/filesys/Grading.with-vm
116 +os.dsk: DEFINES += -DVM
117 +KERNEL_SUBDIRS += vm
118 +TEST_SUBDIRS += tests/vm
119 +GRADING_FILE = $(SRCDIR)/tests/filesys/Grading.with-vm
120 Index: src/filesys/cache.c
121 diff -u src/filesys/cache.c~ src/filesys/cache.c
122 --- src/filesys/cache.c~
123 +++ src/filesys/cache.c
124 @@ -0,0 +1,473 @@
125 +#include "filesys/cache.h"
126 +#include <debug.h>
127 +#include <string.h>
128 +#include "filesys/filesys.h"
129 +#include "devices/disk.h"
130 +#include "devices/timer.h"
131 +#include "threads/malloc.h"
132 +#include "threads/synch.h"
133 +#include "threads/thread.h"
134 +
135 +#define INVALID_SECTOR ((disk_sector_t) -1)
136 +
137 +/* A cached block. */
138 +struct cache_block 
139 +  {
140 +    /* Locking to prevent eviction. */
141 +    struct lock block_lock;                    /* Protects fields in group. */
142 +    struct condition no_readers_or_writers; /* readers == 0 && writers == 0 */
143 +    struct condition no_writers;                            /* writers == 0 */
144 +    int readers, read_waiters;          /* # of readers, # waiting to read. */
145 +    int writers, write_waiters; /* # of writers (<= 1), # waiting to write. */
146 +
147 +    /* Sector number.  INVALID_SECTOR indicates a free cache block.
148 +
149 +       Changing from free to allocated requires cache_sync.
150 +
151 +       Changing from allocated to free requires block_lock, block
152 +       must be up-to-date and not dirty, and no one may be
153 +       waiting on it. */
154 +    disk_sector_t sector;
155 +
156 +    /* Is data[] correct?
157 +       Requires write lock or data_lock. */
158 +    bool up_to_date;
159 +
160 +    /* Does data[] need to be written back to disk?
161 +       Valid only when up-to-date.
162 +       Requires read lock or write lock or data_lock. */
163 +    bool dirty;
164 +
165 +    /* Sector data.
166 +       Access to data[] requires up-to-date and read or write lock.
167 +       Bringing up-to-date requires write lock or data_lock. */
168 +    struct lock data_lock;              /* Protects fields in group. */
169 +    uint8_t data[DISK_SECTOR_SIZE];     /* Disk data. */
170 +  };
171 +
172 +/* Cache. */
173 +#define CACHE_CNT 64
174 +struct cache_block cache[CACHE_CNT];
175 +
176 +/* Cache lock.
177 +
178 +   Required to allocate a cache block to a sector, to prevent a
179 +   single sector being allocated two different cache blocks.
180 +
181 +   Required to search the cache for a sector, to prevent the
182 +   sector from being added while the search is ongoing.
183 +
184 +   Protects hand. */
185 +struct lock cache_sync;
186 +
187 +/* Cache eviction hand.
188 +   Protected by cache_sync. */
189 +static int hand = 0;
190 +
191 +static void flushd_init (void);
192 +static void readaheadd_init (void);
193 +static void readaheadd_submit (disk_sector_t sector);
194 +\f
195 +/* Initializes cache. */
196 +void
197 +cache_init (void) 
198 +{
199 +  int i;
200 +  
201 +  lock_init (&cache_sync);
202 +  for (i = 0; i < CACHE_CNT; i++) 
203 +    {
204 +      struct cache_block *b = &cache[i];
205 +      lock_init (&b->block_lock);
206 +      cond_init (&b->no_readers_or_writers);
207 +      cond_init (&b->no_writers);
208 +      b->readers = b->read_waiters = 0;
209 +      b->writers = b->write_waiters = 0;
210 +      b->sector = INVALID_SECTOR;
211 +      lock_init (&b->data_lock);
212 +    }
213 +
214 +  flushd_init ();
215 +  readaheadd_init ();
216 +}
217 +
218 +/* Flushes cache to disk. */
219 +void
220 +cache_flush (void) 
221 +{
222 +  int i;
223 +  
224 +  for (i = 0; i < CACHE_CNT; i++)
225 +    {
226 +      struct cache_block *b = &cache[i];
227 +      disk_sector_t sector;
228 +      
229 +      lock_acquire (&b->block_lock);
230 +      sector = b->sector;
231 +      lock_release (&b->block_lock);
232 +
233 +      if (sector == INVALID_SECTOR)
234 +        continue;
235 +
236 +      b = cache_lock (sector, EXCLUSIVE);
237 +      if (b->up_to_date && b->dirty) 
238 +        {
239 +          disk_write (filesys_disk, b->sector, b->data);
240 +          b->dirty = false; 
241 +        }
242 +      cache_unlock (b);
243 +    }
244 +}
245 +
246 +/* Locks the given SECTOR into the cache and returns the cache
247 +   block.
248 +   If TYPE is EXCLUSIVE, then the block returned will be locked
249 +   only by the caller.  The calling thread must not already
250 +   have any lock on the block.
251 +   If TYPE is NON_EXCLUSIVE, then block returned may be locked by
252 +   any number of other callers.  The calling thread may already
253 +   have any number of non-exclusive locks on the block. */
254 +struct cache_block *
255 +cache_lock (disk_sector_t sector, enum lock_type type) 
256 +{
257 +  int i;
258 +
259 + try_again:
260 +  lock_acquire (&cache_sync);
261 +
262 +  /* Is the block already in-cache? */
263 +  for (i = 0; i < CACHE_CNT; i++)
264 +    {
265 +      /* Skip any blocks that don't hold SECTOR. */
266 +      struct cache_block *b = &cache[i];
267 +      lock_acquire (&b->block_lock);
268 +      if (b->sector != sector) 
269 +        {
270 +          lock_release (&b->block_lock);
271 +          continue;
272 +        }
273 +      lock_release (&cache_sync);
274 +
275 +      /* Get read or write lock. */
276 +      if (type == NON_EXCLUSIVE) 
277 +        {
278 +          /* Lock for read. */
279 +          b->read_waiters++;
280 +          if (b->writers || b->write_waiters)
281 +            do {
282 +              cond_wait (&b->no_writers, &b->block_lock);
283 +            } while (b->writers);
284 +          b->readers++;
285 +          b->read_waiters--;
286 +        }
287 +      else 
288 +        {
289 +          /* Lock for write. */
290 +          b->write_waiters++;
291 +          if (b->readers || b->read_waiters || b->writers)
292 +            do {
293 +              cond_wait (&b->no_readers_or_writers, &b->block_lock);
294 +            } while (b->readers || b->writers);
295 +          b->writers++;
296 +          b->write_waiters--;
297 +        }
298 +      lock_release (&b->block_lock);
299 +
300 +      /* Our sector should have been pinned in the cache while we
301 +         were waiting.  Make sure. */
302 +      ASSERT (b->sector == sector);
303 +
304 +      return b;
305 +    }
306 +
307 +  /* Not in cache.  Find empty slot.
308 +     We hold cache_sync. */
309 +  for (i = 0; i < CACHE_CNT; i++)
310 +    {
311 +      struct cache_block *b = &cache[i];
312 +      lock_acquire (&b->block_lock);
313 +      if (b->sector == INVALID_SECTOR) 
314 +        {
315 +          /* Drop block_lock, which is no longer needed because
316 +             this is the only code that allocates free blocks,
317 +             and we still have cache_sync.
318 +
319 +             We can't drop cache_sync yet because someone else
320 +             might try to allocate this same block (or read from
321 +             it) while we're still initializing the block. */
322 +          lock_release (&b->block_lock);
323 +
324 +          b->sector = sector;
325 +          b->up_to_date = false;
326 +          ASSERT (b->readers == 0);
327 +          ASSERT (b->writers == 0);
328 +          if (type == NON_EXCLUSIVE)
329 +            b->readers = 1;
330 +          else
331 +            b->writers = 1;
332 +          lock_release (&cache_sync);
333 +          return b;
334 +        }
335 +      lock_release (&b->block_lock); 
336 +    }
337 +
338 +  /* No empty slots.  Evict something.
339 +     We hold cache_sync. */
340 +  for (i = 0; i < CACHE_CNT; i++)
341 +    {
342 +      struct cache_block *b = &cache[hand];
343 +      if (++hand >= CACHE_CNT)
344 +        hand = 0;
345 +
346 +      /* Try to grab exclusive write access to block. */
347 +      lock_acquire (&b->block_lock);
348 +      if (b->readers || b->writers || b->read_waiters || b->write_waiters) 
349 +        {
350 +          lock_release (&b->block_lock);
351 +          continue;
352 +        }
353 +      b->writers = 1;
354 +      lock_release (&b->block_lock);
355 +
356 +      lock_release (&cache_sync);
357 +
358 +      /* Write block to disk if dirty. */
359 +      if (b->up_to_date && b->dirty) 
360 +        {
361 +          disk_write (filesys_disk, b->sector, b->data);
362 +          b->dirty = false;
363 +        }
364 +
365 +      /* Remove block from cache, if possible: someone might have
366 +         started waiting on it while the lock was released. */
367 +      lock_acquire (&b->block_lock);
368 +      b->writers = 0;
369 +      if (!b->read_waiters && !b->write_waiters) 
370 +        {
371 +          /* No one is waiting for it, so we can free it. */
372 +          b->sector = INVALID_SECTOR; 
373 +        }
374 +      else 
375 +        {
376 +          /* There is a waiter.  Give it the block. */
377 +          if (b->read_waiters)
378 +            cond_broadcast (&b->no_writers, &b->block_lock);
379 +          else
380 +            cond_signal (&b->no_readers_or_writers, &b->block_lock);
381 +        }
382 +      lock_release (&b->block_lock);
383 +
384 +      /* Try again. */
385 +      goto try_again;
386 +    }
387 +
388 +  /* Wait for cache contention to die down. */
389 +  lock_release (&cache_sync);
390 +  timer_msleep (1000);
391 +  goto try_again;
392 +}
393 +
394 +/* Bring block B up-to-date, by reading it from disk if
395 +   necessary, and return a pointer to its data.
396 +   The caller must have an exclusive or non-exclusive lock on
397 +   B. */
398 +void *
399 +cache_read (struct cache_block *b) 
400 +{
401 +  lock_acquire (&b->data_lock);
402 +  if (!b->up_to_date) 
403 +    {
404 +      disk_read (filesys_disk, b->sector, b->data);
405 +      b->up_to_date = true;
406 +      b->dirty = false; 
407 +    }
408 +  lock_release (&b->data_lock);
409 +
410 +  return b->data;
411 +}
412 +
413 +/* Zero out block B, without reading it from disk, and return a
414 +   pointer to the zeroed data.
415 +   The caller must have an exclusive lock on B. */
416 +void *
417 +cache_zero (struct cache_block *b) 
418 +{
419 +  ASSERT (b->writers);
420 +  memset (b->data, 0, DISK_SECTOR_SIZE);
421 +  b->up_to_date = true;
422 +  b->dirty = true;
423 +
424 +  return b->data;
425 +}
426 +
427 +/* Marks block B as dirty, so that it will be written back to
428 +   disk before eviction.
429 +   The caller must have a read or write lock on B,
430 +   and B must be up-to-date. */
431 +void
432 +cache_dirty (struct cache_block *b) 
433 +{
434 +  ASSERT (b->up_to_date);
435 +  b->dirty = true;
436 +}
437 +
438 +/* Unlocks block B.
439 +   If B is no longer locked by any thread, then it becomes a
440 +   candidate for immediate eviction. */
441 +void
442 +cache_unlock (struct cache_block *b) 
443 +{
444 +  lock_acquire (&b->block_lock);
445 +  if (b->readers) 
446 +    {
447 +      ASSERT (b->writers == 0);
448 +      if (--b->readers == 0)
449 +        cond_signal (&b->no_readers_or_writers, &b->block_lock);
450 +    }
451 +  else if (b->writers)
452 +    {
453 +      ASSERT (b->readers == 0);
454 +      ASSERT (b->writers == 1);
455 +      b->writers--;
456 +      if (b->read_waiters)
457 +        cond_broadcast (&b->no_writers, &b->block_lock);
458 +      else
459 +        cond_signal (&b->no_readers_or_writers, &b->block_lock);
460 +    }
461 +  else
462 +    NOT_REACHED ();
463 +  lock_release (&b->block_lock);
464 +}
465 +
466 +/* If SECTOR is in the cache, evicts it immediately without
467 +   writing it back to disk (even if dirty).
468 +   The block must be entirely unused. */
469 +void
470 +cache_free (disk_sector_t sector) 
471 +{
472 +  int i;
473 +  
474 +  lock_acquire (&cache_sync);
475 +  for (i = 0; i < CACHE_CNT; i++)
476 +    {
477 +      struct cache_block *b = &cache[i];
478 +
479 +      lock_acquire (&b->block_lock);
480 +      if (b->sector == sector) 
481 +        {
482 +          lock_release (&cache_sync);
483 +
484 +          /* Only invalidate the block if it's unused.  That
485 +             should be the normal case, but it could be part of a
486 +             read-ahead (in readaheadd()) or write-behind (in
487 +             cache_flush()). */
488 +          if (b->readers == 0 && b->read_waiters == 0
489 +              && b->writers == 0 && b->write_waiters == 0) 
490 +            b->sector = INVALID_SECTOR; 
491 +
492 +          lock_release (&b->block_lock);
493 +          return;
494 +        }
495 +      lock_release (&b->block_lock);
496 +    }
497 +  lock_release (&cache_sync);
498 +}
499 +
500 +void
501 +cache_readahead (disk_sector_t sector) 
502 +{
503 +  readaheadd_submit (sector);
504 +}
505 +\f
506 +/* Flush daemon. */
507 +
508 +static void flushd (void *aux);
509 +
510 +/* Initializes flush daemon. */
511 +static void
512 +flushd_init (void) 
513 +{
514 +  thread_create ("flushd", PRI_MIN, flushd, NULL);
515 +}
516 +
517 +/* Flush daemon thread. */
518 +static void
519 +flushd (void *aux UNUSED) 
520 +{
521 +  for (;;) 
522 +    {
523 +      timer_msleep (30 * 1000);
524 +      cache_flush ();
525 +    }
526 +}
527 +\f
528 +/* A block to read ahead. */
529 +struct readahead_block 
530 +  {
531 +    struct list_elem list_elem;         /* readahead_list element. */
532 +    disk_sector_t sector;               /* Sector to read. */
533 +  };
534 +
535 +/* Protects readahead_list.
536 +   Monitor lock for readahead_list_nonempty. */
537 +static struct lock readahead_lock;
538 +
539 +/* Signaled when a block is added to readahead_list. */
540 +static struct condition readahead_list_nonempty;
541 +
542 +/* List of blocks for read-ahead. */
543 +static struct list readahead_list;
544 +
545 +static void readaheadd (void *aux);
546 +
547 +/* Initialize read-ahead daemon. */
548 +static void
549 +readaheadd_init (void) 
550 +{
551 +  lock_init (&readahead_lock);
552 +  cond_init (&readahead_list_nonempty);
553 +  list_init (&readahead_list);
554 +  thread_create ("readaheadd", PRI_MIN, readaheadd, NULL);
555 +}
556 +
557 +/* Adds SECTOR to the read-ahead queue. */
558 +static void
559 +readaheadd_submit (disk_sector_t sector) 
560 +{
561 +  /* Allocate readahead block. */
562 +  struct readahead_block *block = malloc (sizeof *block);
563 +  if (block == NULL)
564 +    return;
565 +  block->sector = sector;
566 +
567 +  /* Add block to list. */
568 +  lock_acquire (&readahead_lock);
569 +  list_push_back (&readahead_list, &block->list_elem);
570 +  cond_signal (&readahead_list_nonempty, &readahead_lock);
571 +  lock_release (&readahead_lock);
572 +}
573 +
574 +/* Read-ahead daemon. */
575 +static void
576 +readaheadd (void *aux UNUSED) 
577 +{
578 +  for (;;) 
579 +    {
580 +      struct readahead_block *ra_block;
581 +      struct cache_block *cache_block;
582 +
583 +      /* Get readahead block from list. */
584 +      lock_acquire (&readahead_lock);
585 +      while (list_empty (&readahead_list)) 
586 +        cond_wait (&readahead_list_nonempty, &readahead_lock);
587 +      ra_block = list_entry (list_pop_front (&readahead_list),
588 +                             struct readahead_block, list_elem);
589 +      lock_release (&readahead_lock);
590 +
591 +      /* Read block into cache. */
592 +      cache_block = cache_lock (ra_block->sector, NON_EXCLUSIVE);
593 +      cache_read (cache_block);
594 +      cache_unlock (cache_block);
595 +      free (ra_block);
596 +    }
597 +}
598 Index: src/filesys/cache.h
599 diff -u src/filesys/cache.h~ src/filesys/cache.h
600 --- src/filesys/cache.h~
601 +++ src/filesys/cache.h
602 @@ -0,0 +1,23 @@
603 +#ifndef FILESYS_CACHE_H
604 +#define FILESYS_CACHE_H
605 +
606 +#include "devices/disk.h"
607 +
608 +/* Type of block lock. */
609 +enum lock_type 
610 +  {
611 +    NON_EXCLUSIVE,     /* Any number of lockers. */
612 +    EXCLUSIVE          /* Only one locker. */
613 +  };
614 +
615 +void cache_init (void);
616 +void cache_flush (void);
617 +struct cache_block *cache_lock (disk_sector_t, enum lock_type);
618 +void *cache_read (struct cache_block *);
619 +void *cache_zero (struct cache_block *);
620 +void cache_dirty (struct cache_block *);
621 +void cache_unlock (struct cache_block *);
622 +void cache_free (disk_sector_t);
623 +void cache_readahead (disk_sector_t);
624 +
625 +#endif /* filesys/cache.h */
626 Index: src/filesys/directory.c
627 diff -u src/filesys/directory.c~ src/filesys/directory.c
628 --- src/filesys/directory.c~
629 +++ src/filesys/directory.c
630 @@ -1,4 +1,5 @@
631  #include <string.h>
632  #include <list.h>
633 +#include "filesys/free-map.h"
634  #include "filesys/filesys.h"
635  #include "filesys/inode.h"
636 @@ -21,12 +21,39 @@ struct dir_entry 
637      bool in_use;                        /* In use or free? */
638    };
639  
640 -/* Creates a directory with space for ENTRY_CNT entries in the
641 -   given SECTOR.  Returns true if successful, false on failure. */
642 +/* Creates a directory in the given SECTOR.
643 +   The directory's parent is in PARENT_SECTOR.
644 +   Returns inode of created directory if successful,
645 +   null pointer on faiilure.
646 +   On failure, SECTOR is released in the free map. */
647 -bool
648 +struct inode *
649 -dir_create (disk_sector_t sector, size_t entry_cnt) 
650 +dir_create (disk_sector_t sector, disk_sector_t parent_sector) 
651  {
652 -  return inode_create (sector, entry_cnt * sizeof (struct dir_entry));
653 +  struct inode *inode = inode_create (sector, DIR_INODE);
654 +  if (inode != NULL) 
655 +    {
656 +      struct dir_entry entries[2];
657 +
658 +      memset (entries, 0, sizeof entries);
659 +
660 +      /* "." entry. */
661 +      entries[0].inode_sector = sector;
662 +      strlcpy (entries[0].name, ".", sizeof entries[0].name);
663 +      entries[0].in_use = true;
664 +
665 +      /* ".." entry. */
666 +      entries[1].inode_sector = parent_sector;
667 +      strlcpy (entries[1].name, "..", sizeof entries[1].name);
668 +      entries[1].in_use = true;
669 +      
670 +      if (inode_write_at (inode, entries, sizeof entries, 0) != sizeof entries)
671 +        {
672 +          inode_remove (inode);
673 +          inode_close (inode); 
674 +          inode = NULL;
675 +        } 
676 +    }
677 +  return inode;
678  }
679  
680  /* Opens and returns the directory for the given INODE, of which
681 @@ -35,7 +59,7 @@ struct dir *
682  dir_open (struct inode *inode) 
683  {
684    struct dir *dir = calloc (1, sizeof *dir);
685 -  if (inode != NULL && dir != NULL)
686 +  if (inode != NULL && dir != NULL && inode_get_type (inode) == DIR_INODE)
687      {
688        dir->inode = inode;
689        dir->pos = 0;
690 @@ -84,10 +108,8 @@ dir_get_inode (struct dir *dir) 
691  }
692  
693  /* Searches DIR for a file with the given NAME.
694 -   If successful, returns true, sets *EP to the directory entry
695 -   if EP is non-null, and sets *OFSP to the byte offset of the
696 -   directory entry if OFSP is non-null.
697 -   otherwise, returns false and ignores EP and OFSP. */
698 +   If successful, returns the file's entry;
699 +   otherwise, returns a null pointer. */
700  static bool
701  lookup (const struct dir *dir, const char *name,
702          struct dir_entry *ep, off_t *ofsp) 
703 @@ -120,15 +142,16 @@ dir_lookup (const struct dir *dir, const
704              struct inode **inode) 
705  {
706    struct dir_entry e;
707 +  bool ok;
708  
709    ASSERT (dir != NULL);
710    ASSERT (name != NULL);
711  
712 -  if (lookup (dir, name, &e, NULL))
713 -    *inode = inode_open (e.inode_sector);
714 -  else
715 -    *inode = NULL;
716 +  inode_lock (dir->inode);
717 +  ok = lookup (dir, name, &e, NULL);
718 +  inode_unlock (dir->inode);
719  
720 +  *inode = ok ? inode_open (e.inode_sector) : NULL;
721    return *inode != NULL;
722  }
723  
724 @@ -149,10 +172,11 @@ dir_add (struct dir *dir, const char *na
725    ASSERT (name != NULL);
726  
727    /* Check NAME for validity. */
728 -  if (*name == '\0' || strlen (name) > NAME_MAX)
729 +  if (*name == '\0' || strchr (name, '/') || strlen (name) > NAME_MAX)
730      return false;
731  
732    /* Check that NAME is not in use. */
733 +  inode_lock (dir->inode);
734    if (lookup (dir, name, NULL, NULL))
735      goto done;
736  
737 @@ -175,6 +199,7 @@ dir_add (struct dir *dir, const char *na
738    success = inode_write_at (dir->inode, &e, sizeof e, ofs) == sizeof e;
739  
740   done:
741 +  inode_unlock (dir->inode);
742    return success;
743  }
744  
745 @@ -192,13 +217,37 @@ dir_remove (struct dir *dir, const char 
746    ASSERT (dir != NULL);
747    ASSERT (name != NULL);
748  
749 +  if (!strcmp (name, ".") || !strcmp (name, ".."))
750 +    return false;
751 +
752    /* Find directory entry. */
753 +  inode_lock (dir->inode);
754    if (!lookup (dir, name, &e, &ofs))
755      goto done;
756  
757    /* Open inode. */
758    inode = inode_open (e.inode_sector);
759    if (inode == NULL)
760      goto done;
761  
762 +  /* Verify that it is not an in-use or non-empty directory. */
763 +  if (inode_get_type (inode) == DIR_INODE)
764 +    {
765 +      struct dir_entry e2;
766 +      off_t pos;
767 +
768 +      if (inode_open_cnt (inode) != 1)
769 +        goto done;
770 +
771 +      inode_lock (inode);
772 +      for (pos = 0; inode_read_at (inode, &e2, sizeof e2, pos) == sizeof e2;
773 +           pos += sizeof e2)
774 +        if (e2.in_use && strcmp (e2.name, ".") && strcmp (e2.name, ".."))
775 +          {
776 +            inode_unlock (inode);
777 +            goto done;
778 +          }
779 +      inode_unlock (inode);
780 +    }
781
782    /* Erase directory entry. */
783 @@ -211,6 +241,7 @@ dir_remove (struct dir *dir, const char 
784    success = true;
785  
786   done:
787 +  inode_unlock (dir->inode);
788    inode_close (inode);
789    return success;
790  }
791 @@ -223,14 +254,17 @@ dir_readdir (struct dir *dir, char name[
792  {
793    struct dir_entry e;
794  
795 +  inode_lock (dir->inode);
796    while (inode_read_at (dir->inode, &e, sizeof e, dir->pos) == sizeof e) 
797      {
798        dir->pos += sizeof e;
799 -      if (e.in_use)
800 +      if (e.in_use && strcmp (e.name, ".") && strcmp (e.name, ".."))
801          {
802 +          inode_unlock (dir->inode);
803            strlcpy (name, e.name, NAME_MAX + 1);
804            return true;
805          } 
806      }
807 +  inode_unlock (dir->inode);
808    return false;
809  }
810 Index: src/filesys/directory.h
811 diff -u src/filesys/directory.h~ src/filesys/directory.h
812 --- src/filesys/directory.h~
813 +++ src/filesys/directory.h
814 @@ -14,7 +14,7 @@
815  struct inode;
816  
817  /* Opening and closing directories. */
818 -bool dir_create (disk_sector_t sector, size_t entry_cnt);
819 +struct inode *dir_create (disk_sector_t sector, disk_sector_t parent_sector);
820  struct dir *dir_open (struct inode *);
821  struct dir *dir_open_root (void);
822  struct dir *dir_reopen (struct dir *);
823 Index: src/filesys/file.c
824 diff -u src/filesys/file.c~ src/filesys/file.c
825 --- src/filesys/file.c~
826 +++ src/filesys/file.c
827 @@ -1,4 +1,5 @@
828  #include "filesys/file.h"
829  #include <debug.h>
830 +#include "filesys/free-map.h"
831  #include "filesys/inode.h"
832  #include "threads/malloc.h"
833 @@ -11,6 +11,24 @@ struct file 
834      bool deny_write;            /* Has file_deny_write() been called? */
835    };
836  
837 +/* Creates a file in the given SECTOR,
838 +   initially LENGTH bytes long. 
839 +   Returns inode for the file on success, null pointer on failure.
840 +   On failure, SECTOR is released in the free map. */
841 +struct inode *
842 +file_create (disk_sector_t sector, off_t length) 
843 +{
844 +  struct inode *inode = inode_create (sector, FILE_INODE);
845 +  if (inode != NULL && length > 0
846 +      && inode_write_at (inode, "", 1, length - 1) != 1)
847 +    {
848 +      inode_remove (inode); 
849 +      inode_close (inode);
850 +      inode = NULL;
851 +    }
852 +  return inode;
853 +}
854 +
855  /* Opens a file for the given INODE, of which it takes ownership,
856     and returns the new file.  Returns a null pointer if an
857     allocation fails or if INODE is null. */
858 @@ -18,7 +34,7 @@ struct file *
859  file_open (struct inode *inode) 
860  {
861    struct file *file = calloc (1, sizeof *file);
862 -  if (inode != NULL && file != NULL)
863 +  if (inode != NULL && file != NULL && inode_get_type (inode) == FILE_INODE)
864      {
865        file->inode = inode;
866        file->pos = 0;
867 Index: src/filesys/file.h
868 diff -u src/filesys/file.h~ src/filesys/file.h
869 --- src/filesys/file.h~
870 +++ src/filesys/file.h
871 @@ -1,11 +1,14 @@
872  #ifndef FILESYS_FILE_H
873  #define FILESYS_FILE_H
874  
875 +#include <stdbool.h>
876 +#include "devices/disk.h"
877  #include "filesys/off_t.h"
878  
879  struct inode;
880  
881  /* Opening and closing files. */
882 +struct inode *file_create (disk_sector_t sector, off_t length);
883  struct file *file_open (struct inode *);
884  struct file *file_reopen (struct file *);
885  void file_close (struct file *);
886 Index: src/filesys/filesys.c
887 diff -u src/filesys/filesys.c~ src/filesys/filesys.c
888 --- src/filesys/filesys.c~
889 +++ src/filesys/filesys.c
890 @@ -2,11 +2,13 @@
891  #include <debug.h>
892  #include <stdio.h>
893  #include <string.h>
894 +#include "filesys/cache.h"
895  #include "filesys/file.h"
896  #include "filesys/free-map.h"
897  #include "filesys/inode.h"
898  #include "filesys/directory.h"
899  #include "devices/disk.h"
900 +#include "threads/thread.h"
901  
902  /* The disk that contains the file system. */
903  struct disk *filesys_disk;
904 @@ -23,6 +25,7 @@ filesys_init (bool format) 
905      PANIC ("hd0:1 (hdb) not present, file system initialization failed");
906  
907    inode_init ();
908 +  cache_init ();
909    free_map_init ();
910  
911    if (format) 
912 @@ -37,6 +40,130 @@ void
913  filesys_done (void) 
914  {
915    free_map_close ();
916 +  cache_flush ();
917 +}
918 +\f
919 +/* Extracts a file name part from *SRCP into PART,
920 +   and updates *SRCP so that the next call will return the next
921 +   file name part.
922 +   Returns 1 if successful, 0 at end of string, -1 for a too-long
923 +   file name part. */
924 +static int
925 +get_next_part (char part[NAME_MAX], const char **srcp)
926 +{
927 +  const char *src = *srcp;
928 +  char *dst = part;
929 +
930 +  /* Skip leading slashes.
931 +     If it's all slashes, we're done. */
932 +  while (*src == '/')
933 +    src++;
934 +  if (*src == '\0')
935 +    return 0;
936 +
937 +  /* Copy up to NAME_MAX character from SRC to DST.
938 +     Add null terminator. */
939 +  while (*src != '/' && *src != '\0') 
940 +    {
941 +      if (dst < part + NAME_MAX)
942 +        *dst++ = *src;
943 +      else
944 +        return -1;
945 +      src++; 
946 +    }
947 +  *dst = '\0';
948 +
949 +  /* Advance source pointer. */
950 +  *srcp = src;
951 +  return 1;
952 +}
953 +
954 +/* Resolves relative or absolute file NAME.
955 +   Returns true if successful, false on failure.
956 +   Stores the directory corresponding to the name into *DIRP,
957 +   and the file name part into BASE_NAME. */
958 +static bool
959 +resolve_name_to_entry (const char *name,
960 +                       struct dir **dirp, char base_name[NAME_MAX + 1]) 
961 +{
962 +  struct dir *dir = NULL;
963 +  struct inode *inode;
964 +  const char *cp;
965 +  char part[NAME_MAX + 1], next_part[NAME_MAX + 1];
966 +  int ok;
967 +
968 +  /* Find starting directory. */
969 +  if (name[0] == '/' || thread_current ()->wd == NULL)
970 +    dir = dir_open_root ();
971 +  else
972 +    dir = dir_reopen (thread_current ()->wd);
973 +  if (dir == NULL)
974 +    goto error;
975 +
976 +  /* Get first name part. */
977 +  cp = name;
978 +  if (get_next_part (part, &cp) <= 0)
979 +    goto error;
980 +
981 +  /* As long as another part follows the current one,
982 +     traverse down another directory. */
983 +  while ((ok = get_next_part (next_part, &cp)) > 0)
984 +    {
985 +      if (!dir_lookup (dir, part, &inode))
986 +        goto error;
987 +
988 +      dir_close (dir);
989 +      dir = dir_open (inode);
990 +      if (dir == NULL)
991 +        goto error;
992 +
993 +      strlcpy (part, next_part, NAME_MAX + 1);
994 +    }
995 +  if (ok < 0)
996 +    goto error;
997 +
998 +  /* Return our results. */
999 +  *dirp = dir;
1000 +  strlcpy (base_name, part, NAME_MAX + 1);
1001 +  return true;
1002 +
1003 + error:
1004 +  /* Return failure. */
1005 +  dir_close (dir);
1006 +  *dirp = NULL;
1007 +  base_name[0] = '\0';
1008 +  return false;
1009 +}
1010 +
1011 +/* Resolves relative or absolute file NAME to an inode.
1012 +   Returns an inode if successful, or a null pointer on failure.
1013 +   The caller is responsible for closing the returned inode. */
1014 +static struct inode *
1015 +resolve_name_to_inode (const char *name)
1016 +{
1017 +  if (name[0] == '/' && name[strspn (name, "/")] == '\0') 
1018 +    {
1019 +      /* The name represents the root directory.
1020 +         There's no name part at all, so resolve_name_to_entry()
1021 +         would reject it entirely.
1022 +         Special case it. */
1023 +      return inode_open (ROOT_DIR_SECTOR);
1024 +    }
1025 +  else 
1026 +    {
1027 +      struct dir *dir;
1028 +      char base_name[NAME_MAX + 1];
1029 +
1030 +      if (resolve_name_to_entry (name, &dir, base_name)) 
1031 +        {
1032 +          struct inode *inode;
1033 +          dir_lookup (dir, base_name, &inode);
1034 +          dir_close (dir);
1035 +          return inode; 
1036 +        }
1037 +      else
1038 +        return NULL;
1039 +    }
1040  }
1041  \f
1042  /* Creates a file named NAME with the given INITIAL_SIZE.
1043 @@ -44,16 +171,32 @@ filesys_done (void) 
1044     Fails if a file named NAME already exists,
1045     or if internal memory allocation fails. */
1046  bool
1047 -filesys_create (const char *name, off_t initial_size) 
1048 +filesys_create (const char *name, off_t initial_size, enum inode_type type) 
1049  {
1050 -  disk_sector_t inode_sector = 0;
1051 -  struct dir *dir = dir_open_root ();
1052 -  bool success = (dir != NULL
1053 -                  && free_map_allocate (1, &inode_sector)
1054 -                  && inode_create (inode_sector, initial_size)
1055 -                  && dir_add (dir, name, inode_sector));
1056 -  if (!success && inode_sector != 0) 
1057 -    free_map_release (inode_sector, 1);
1058 +  struct dir *dir;
1059 +  char base_name[NAME_MAX + 1];
1060 +  disk_sector_t inode_sector;
1061 +
1062 +  bool success = (resolve_name_to_entry (name, &dir, base_name)
1063 +                  && free_map_allocate (&inode_sector));
1064 +  if (success) 
1065 +    {
1066 +      struct inode *inode;
1067 +      if (type == FILE_INODE)
1068 +        inode = file_create (inode_sector, initial_size);
1069 +      else
1070 +        inode = dir_create (inode_sector,
1071 +                            inode_get_inumber (dir_get_inode (dir))); 
1072 +      if (inode != NULL)
1073 +        {
1074 +          success = dir_add (dir, base_name, inode_sector);
1075 +          if (!success)
1076 +            inode_remove (inode);
1077 +          inode_close (inode);
1078 +        }
1079 +      else
1080 +        success = false;
1081 +    }
1082    dir_close (dir);
1083  
1084    return success;
1085 @@ -64,17 +199,10 @@ filesys_create (const char *name, off_t 
1086     otherwise.
1087     Fails if no file named NAME exists,
1088     or if an internal memory allocation fails. */
1089 -struct file *
1090 +struct inode *
1091  filesys_open (const char *name)
1092  {
1093 -  struct dir *dir = dir_open_root ();
1094 -  struct inode *inode = NULL;
1095 -
1096 -  if (dir != NULL)
1097 -    dir_lookup (dir, name, &inode);
1098 -  dir_close (dir);
1099 -
1100 -  return file_open (inode);
1101 +  return resolve_name_to_inode (name);
1102  }
1103  
1104  /* Deletes the file named NAME.
1105 @@ -84,12 +212,35 @@ filesys_open (const char *name)
1106  bool
1107  filesys_remove (const char *name) 
1108  {
1109 -  struct dir *dir = dir_open_root ();
1110 -  bool success = dir != NULL && dir_remove (dir, name);
1111 -  dir_close (dir); 
1112 +  struct dir *dir;
1113 +  char base_name[NAME_MAX + 1];
1114 +  bool success;
1115  
1116 +  if (resolve_name_to_entry (name, &dir, base_name)) 
1117 +    {
1118 +      success = dir_remove (dir, base_name);
1119 +      dir_close (dir);
1120 +    }
1121 +  else
1122 +    success = false;
1123 +  
1124    return success;
1125  }
1126 +/* Change current directory to NAME.
1127 +   Return true if successful, false on failure. */
1128 +bool
1129 +filesys_chdir (const char *name) 
1130 +{
1131 +  struct dir *dir = dir_open (resolve_name_to_inode (name));
1132 +  if (dir != NULL) 
1133 +    {
1134 +      dir_close (thread_current ()->wd);
1135 +      thread_current ()->wd = dir;
1136 +      return true;
1137 +    }
1138 +  else
1139 +    return false;
1140 +}
1141  \f
1142  static void must_succeed_function (int, bool) NO_INLINE;
1143  #define MUST_SUCCEED(EXPR) must_succeed_function (__LINE__, EXPR)
1144 @@ -155,9 +306,18 @@ static void
1145  do_format (void)
1146  {
1147 +  struct inode *inode;
1148    printf ("Formatting file system...");
1149 +
1150 +  /* Set up free map. */
1151    free_map_create ();
1152 -  if (!dir_create (ROOT_DIR_SECTOR, 16))
1153 +
1154 +  /* Set up root directory. */
1155 +  inode = dir_create (ROOT_DIR_SECTOR, ROOT_DIR_SECTOR);
1156 +  if (inode == NULL)
1157      PANIC ("root directory creation failed");
1158 +  inode_close (inode);  
1159 +
1160    free_map_close ();
1161 +
1162    printf ("done.\n");
1163  }
1164 Index: src/filesys/filesys.h
1165 diff -u src/filesys/filesys.h~ src/filesys/filesys.h
1166 --- src/filesys/filesys.h~
1167 +++ src/filesys/filesys.h
1168 @@ -3,6 +3,7 @@
1169  
1170  #include <stdbool.h>
1171  #include "filesys/off_t.h"
1172 +#include "filesys/inode.h"
1173  
1174  /* Sectors of system file inodes. */
1175  #define FREE_MAP_SECTOR 0       /* Free map file inode sector. */
1176 @@ -13,9 +14,10 @@ extern struct disk *filesys_disk;
1177  
1178  void filesys_init (bool format);
1179  void filesys_done (void);
1180 -bool filesys_create (const char *name, off_t initial_size);
1181 -struct file *filesys_open (const char *name);
1182 +bool filesys_create (const char *name, off_t initial_size, enum inode_type);
1183 +struct inode *filesys_open (const char *name);
1184  bool filesys_remove (const char *name);
1185 +bool filesys_chdir (const char *name);
1186  
1187  void filesys_self_test (void);
1188  
1189 Index: src/filesys/free-map.c
1190 diff -u src/filesys/free-map.c~ src/filesys/free-map.c
1191 --- src/filesys/free-map.c~
1192 +++ src/filesys/free-map.c
1193 @@ -3,15 +3,18 @@
1194  #include <debug.h>
1195  #include "filesys/file.h"
1196  #include "filesys/filesys.h"
1197 -#include "filesys/inode.h"
1198 +#include "threads/synch.h"
1199  
1200  static struct file *free_map_file;   /* Free map file. */
1201  static struct bitmap *free_map;      /* Free map, one bit per disk sector. */
1202 +static struct lock free_map_lock;    /* Mutual exclusion. */
1203  
1204  /* Initializes the free map. */
1205  void
1206  free_map_init (void) 
1207  {
1208 +  lock_init (&free_map_lock);
1209 +
1210    free_map = bitmap_create (disk_size (filesys_disk));
1211    if (free_map == NULL)
1212      PANIC ("bitmap creation failed--disk is too large");
1213 @@ -19,33 +22,32 @@ free_map_init (void) 
1214    bitmap_mark (free_map, ROOT_DIR_SECTOR);
1215  }
1216  
1217 -/* Allocates CNT consecutive sectors from the free map and stores
1218 -   the first into *SECTORP.
1219 -   Returns true if successful, false if all sectors were
1220 +/* Allocates a sector from the free map and stores it into
1221 +   *SECTORP.
1222 +   Return true if successful, false if all sectors were
1223     available. */
1224  bool
1225 -free_map_allocate (size_t cnt, disk_sector_t *sectorp) 
1226 +free_map_allocate (disk_sector_t *sectorp) 
1227  {
1228 -  disk_sector_t sector = bitmap_scan_and_flip (free_map, 0, cnt, false);
1229 -  if (sector != BITMAP_ERROR
1230 -      && free_map_file != NULL
1231 -      && !bitmap_write (free_map, free_map_file))
1232 -    {
1233 -      bitmap_set_multiple (free_map, sector, cnt, false); 
1234 -      sector = BITMAP_ERROR;
1235 -    }
1236 -  if (sector != BITMAP_ERROR)
1237 +  size_t sector;
1238 +  
1239 +  lock_acquire (&free_map_lock);
1240 +  sector = bitmap_scan_and_flip (free_map, 0, 1, false);
1241 +  lock_release (&free_map_lock);
1242 +
1243 +  if (sector != BITMAP_ERROR) 
1244      *sectorp = sector;
1245    return sector != BITMAP_ERROR;
1246  }
1247  
1248 -/* Makes CNT sectors starting at SECTOR available for use. */
1249 +/* Makes SECTOR available for use. */
1250  void
1251 -free_map_release (disk_sector_t sector, size_t cnt)
1252 +free_map_release (disk_sector_t sector)
1253  {
1254 -  ASSERT (bitmap_all (free_map, sector, cnt));
1255 -  bitmap_set_multiple (free_map, sector, cnt, false);
1256 -  bitmap_write (free_map, free_map_file);
1257 +  lock_acquire (&free_map_lock);
1258 +  ASSERT (bitmap_test (free_map, sector));
1259 +  bitmap_reset (free_map, sector);
1260 +  lock_release (&free_map_lock);
1261  }
1262  
1263  /* Opens the free map file and reads it from disk. */
1264 @@ -63,6 +65,8 @@ free_map_open (void) 
1265  void
1266  free_map_close (void) 
1267  {
1268 +  if (!bitmap_write (free_map, free_map_file))
1269 +    PANIC ("can't write free map");
1270    file_close (free_map_file);
1271  }
1272  
1273 @@ -72,5 +76,9 @@ void
1274  free_map_create (void) 
1275  {
1276 +  struct inode *inode;
1277 +
1278    /* Create inode. */
1279 -  if (!inode_create (FREE_MAP_SECTOR, bitmap_file_size (free_map)))
1280 +  inode = file_create (FREE_MAP_SECTOR, 0);
1281 +  if (inode == NULL)   
1282      PANIC ("free map creation failed");
1283 +  inode_close (inode);
1284
1285    /* Write bitmap to file. */
1286 Index: src/filesys/free-map.h
1287 diff -u src/filesys/free-map.h~ src/filesys/free-map.h
1288 --- src/filesys/free-map.h~
1289 +++ src/filesys/free-map.h
1290 @@ -11,7 +11,7 @@ void free_map_create (void);
1291  void free_map_open (void);
1292  void free_map_close (void);
1293  
1294 -bool free_map_allocate (size_t, disk_sector_t *);
1295 -void free_map_release (disk_sector_t, size_t);
1296 +bool free_map_allocate (disk_sector_t *);
1297 +void free_map_release (disk_sector_t);
1298  
1299  #endif /* filesys/free-map.h */
1300 Index: src/filesys/fsutil.c
1301 diff -u src/filesys/fsutil.c~ src/filesys/fsutil.c
1302 --- src/filesys/fsutil.c~
1303 +++ src/filesys/fsutil.c
1304 @@ -38,7 +38,7 @@ fsutil_cat (char **argv)
1305    char *buffer;
1306  
1307    printf ("Printing '%s' to the console...\n", file_name);
1308 -  file = filesys_open (file_name);
1309 +  file = file_open (filesys_open (file_name));
1310    if (file == NULL)
1311      PANIC ("%s: open failed", file_name);
1312    buffer = palloc_get_page (PAL_ASSERT);
1313 @@ -110,9 +110,9 @@ fsutil_put (char **argv) 
1314      PANIC ("%s: invalid file size %d", file_name, size);
1315    
1316    /* Create destination file. */
1317 -  if (!filesys_create (file_name, size))
1318 +  if (!filesys_create (file_name, size, FILE_INODE))
1319      PANIC ("%s: create failed", file_name);
1320 -  dst = filesys_open (file_name);
1321 +  dst = file_open (filesys_open (file_name));
1322    if (dst == NULL)
1323      PANIC ("%s: open failed", file_name);
1324  
1325 @@ -162,7 +162,7 @@ fsutil_get (char **argv)
1326      PANIC ("couldn't allocate buffer");
1327  
1328    /* Open source file. */
1329 -  src = filesys_open (file_name);
1330 +  src = file_open (filesys_open (file_name));
1331    if (src == NULL)
1332      PANIC ("%s: open failed", file_name);
1333    size = file_length (src);
1334 Index: src/filesys/inode.c
1335 diff -u src/filesys/inode.c~ src/filesys/inode.c
1336 --- src/filesys/inode.c~
1337 +++ src/filesys/inode.c
1338 @@ -1,23 +1,38 @@
1339  #include "filesys/inode.h"
1340 +#include <bitmap.h>
1341  #include <list.h>
1342  #include <debug.h>
1343  #include <round.h>
1344 +#include <stdio.h>
1345  #include <string.h>
1346 +#include "filesys/cache.h"
1347  #include "filesys/filesys.h"
1348  #include "filesys/free-map.h"
1349  #include "threads/malloc.h"
1350 +#include "threads/synch.h"
1351  
1352  /* Identifies an inode. */
1353  #define INODE_MAGIC 0x494e4f44
1354  
1355 +#define DIRECT_CNT 123
1356 +#define INDIRECT_CNT 1
1357 +#define DBL_INDIRECT_CNT 1
1358 +#define SECTOR_CNT (DIRECT_CNT + INDIRECT_CNT + DBL_INDIRECT_CNT)
1359 +
1360 +#define PTRS_PER_SECTOR ((off_t) (DISK_SECTOR_SIZE / sizeof (disk_sector_t))) 
1361 +#define INODE_SPAN ((DIRECT_CNT                                              \
1362 +                     + PTRS_PER_SECTOR * INDIRECT_CNT                        \
1363 +                     + PTRS_PER_SECTOR * PTRS_PER_SECTOR * DBL_INDIRECT_CNT) \
1364 +                    * DISK_SECTOR_SIZE)
1365 +
1366  /* On-disk inode.
1367     Must be exactly DISK_SECTOR_SIZE bytes long. */
1368  struct inode_disk
1369    {
1370 -    disk_sector_t start;                /* First data sector. */
1371 +    disk_sector_t sectors[SECTOR_CNT];  /* Sectors. */
1372 +    enum inode_type type;               /* FILE_INODE or DIR_INODE. */
1373      off_t length;                       /* File size in bytes. */
1374      unsigned magic;                     /* Magic number. */
1375 -    uint32_t unused[125];               /* Not used. */
1376    };
1377  
1378  /* Returns the number of sectors to allocate for an inode SIZE
1379 @@ -35,74 +50,59 @@ struct inode 
1380      disk_sector_t sector;               /* Sector number of disk location. */
1381      int open_cnt;                       /* Number of openers. */
1382      bool removed;                       /* True if deleted, false otherwise. */
1383 +    struct lock lock;                   /* Protects the inode. */
1384 +
1385 +    /* Denying writes. */
1386 +    struct lock deny_write_lock;        /* Protects members below. */
1387 +    struct condition no_writers_cond;   /* Signaled when no writers. */ 
1388      int deny_write_cnt;                 /* 0: writes ok, >0: deny writes. */
1389 -    struct inode_disk data;             /* Inode content. */
1390 +    int writer_cnt;                     /* Number of writers. */
1391    };
1392  
1393 -/* Returns the disk sector that contains byte offset POS within
1394 -   INODE.
1395 -   Returns -1 if INODE does not contain data for a byte at offset
1396 -   POS. */
1397 -static disk_sector_t
1398 -byte_to_sector (const struct inode *inode, off_t pos) 
1399 -{
1400 -  ASSERT (inode != NULL);
1401 -  if (pos < inode->data.length)
1402 -    return inode->data.start + pos / DISK_SECTOR_SIZE;
1403 -  else
1404 -    return -1;
1405 -}
1406 -
1407  /* List of open inodes, so that opening a single inode twice
1408     returns the same `struct inode'. */
1409  static struct list open_inodes;
1410  
1411 +/* Controls access to open_inodes list. */
1412 +static struct lock open_inodes_lock;
1413 +
1414 +static void deallocate_inode (const struct inode *);
1415 +
1416  /* Initializes the inode module. */
1417  void
1418  inode_init (void) 
1419  {
1420    list_init (&open_inodes);
1421 +  lock_init (&open_inodes_lock);
1422  }
1423  
1424 -/* Initializes an inode with LENGTH bytes of data and
1425 -   writes the new inode to sector SECTOR on the file system
1426 -   disk.
1427 -   Returns true if successful.
1428 -   Returns false if memory or disk allocation fails. */
1429 -bool
1430 -inode_create (disk_sector_t sector, off_t length)
1431 +/* Initializes an inode of the given TYPE, writes the new inode
1432 +   to sector SECTOR on the file system disk, and returns the
1433 +   inode thus created.  Returns a null pointer if unsuccessful,
1434 +   in which case SECTOR is released in the free map. */  
1435 +struct inode *
1436 +inode_create (disk_sector_t sector, enum inode_type type) 
1437  {
1438 -  struct inode_disk *disk_inode = NULL;
1439 -  bool success = false;
1440 +  struct cache_block *block;
1441 +  struct inode_disk *disk_inode;
1442 +  struct inode *inode;
1443  
1444 -  ASSERT (length >= 0);
1445 +  block = cache_lock (sector, EXCLUSIVE);
1446  
1447    /* If this assertion fails, the inode structure is not exactly
1448       one sector in size, and you should fix that. */
1449    ASSERT (sizeof *disk_inode == DISK_SECTOR_SIZE);
1450 +  disk_inode = cache_zero (block);
1451 +  disk_inode->type = type;
1452 +  disk_inode->length = 0;
1453 +  disk_inode->magic = INODE_MAGIC;
1454 +  cache_dirty (block);
1455 +  cache_unlock (block);
1456  
1457 -  disk_inode = calloc (1, sizeof *disk_inode);
1458 -  if (disk_inode != NULL)
1459 -    {
1460 -      size_t sectors = bytes_to_sectors (length);
1461 -      disk_inode->length = length;
1462 -      disk_inode->magic = INODE_MAGIC;
1463 -      if (free_map_allocate (sectors, &disk_inode->start))
1464 -        {
1465 -          disk_write (filesys_disk, sector, disk_inode);
1466 -          if (sectors > 0) 
1467 -            {
1468 -              static char zeros[DISK_SECTOR_SIZE];
1469 -              size_t i;
1470 -              
1471 -              for (i = 0; i < sectors; i++) 
1472 -                disk_write (filesys_disk, disk_inode->start + i, zeros); 
1473 -            }
1474 -          success = true; 
1475 -        } 
1476 -      free (disk_inode);
1477 -    }
1478 -  return success;
1479 +  inode = inode_open (sector);
1480 +  if (inode == NULL)
1481 +    free_map_release (sector);
1482 +  return inode;
1483  }
1484  
1485  /* Reads an inode from SECTOR
1486 @@ -115,29 +110,35 @@ inode_open (disk_sector_t sector) 
1487    struct inode *inode;
1488  
1489    /* Check whether this inode is already open. */
1490 +  lock_acquire (&open_inodes_lock);
1491    for (e = list_begin (&open_inodes); e != list_end (&open_inodes);
1492         e = list_next (e)) 
1493      {
1494        inode = list_entry (e, struct inode, elem);
1495        if (inode->sector == sector) 
1496          {
1497 -          inode_reopen (inode);
1498 -          return inode; 
1499 +          inode->open_cnt++;
1500 +          goto done; 
1501          }
1502      }
1503  
1504    /* Allocate memory. */
1505    inode = malloc (sizeof *inode);
1506    if (inode == NULL)
1507 -    return NULL;
1508 +    goto done;
1509  
1510    /* Initialize. */
1511    list_push_front (&open_inodes, &inode->elem);
1512    inode->sector = sector;
1513    inode->open_cnt = 1;
1514 +  lock_init (&inode->lock);
1515    inode->deny_write_cnt = 0;
1516 +  lock_init (&inode->deny_write_lock);
1517 +  cond_init (&inode->no_writers_cond);
1518    inode->removed = false;
1519 -  disk_read (filesys_disk, inode->sector, &inode->data);
1520 +  
1521 + done:
1522 +  lock_release (&open_inodes_lock);
1523    return inode;
1524  }
1525  
1526 @@ -146,9 +147,24 @@ struct inode *
1527  inode_reopen (struct inode *inode)
1528  {
1529    if (inode != NULL)
1530 -    inode->open_cnt++;
1531 +    {
1532 +      lock_acquire (&open_inodes_lock);
1533 +      inode->open_cnt++;
1534 +      lock_release (&open_inodes_lock);
1535 +    }
1536    return inode;
1537  }
1538  
1539 +/* Returns the type of INODE. */
1540 +enum inode_type
1541 +inode_get_type (const struct inode *inode) 
1542 +{
1543 +  struct cache_block *inode_block = cache_lock (inode->sector, NON_EXCLUSIVE);
1544 +  struct inode_disk *disk_inode = cache_read (inode_block);
1545 +  enum inode_type type = disk_inode->type;
1546 +  cache_unlock (inode_block);
1547 +  return type;
1548 +}
1549 +
1550  /* Returns INODE's inode number. */
1551  disk_sector_t
1552 @@ -161,21 +183,60 @@ inode_close (struct inode *inode) 
1553      return;
1554  
1555    /* Release resources if this was the last opener. */
1556 +  lock_acquire (&open_inodes_lock);
1557    if (--inode->open_cnt == 0)
1558      {
1559        /* Remove from inode list and release lock. */
1560        list_remove (&inode->elem);
1561 +      lock_release (&open_inodes_lock);
1562   
1563        /* Deallocate blocks if removed. */
1564        if (inode->removed) 
1565 -        {
1566 -          free_map_release (inode->sector, 1);
1567 -          free_map_release (inode->data.start,
1568 -                            bytes_to_sectors (inode->data.length)); 
1569 -        }
1570 +        deallocate_inode (inode);
1571  
1572        free (inode); 
1573      }
1574 +  else
1575 +    lock_release (&open_inodes_lock);
1576 +}
1577 +
1578 +/* Deallocates SECTOR and anything it points to recursively.
1579 +   LEVEL is 2 if SECTOR is doubly indirect,
1580 +   or 1 if SECTOR is indirect,
1581 +   or 0 if SECTOR is a data sector. */
1582 +static void
1583 +deallocate_recursive (disk_sector_t sector, int level) 
1584 +{
1585 +  if (level > 0) 
1586 +    {
1587 +      struct cache_block *block = cache_lock (sector, EXCLUSIVE);
1588 +      disk_sector_t *pointers = cache_read (block);
1589 +      int i;
1590 +      for (i = 0; i < PTRS_PER_SECTOR; i++)
1591 +        if (pointers[i])
1592 +          deallocate_recursive (sector, level - 1);
1593 +      cache_unlock (block);
1594 +    }
1595 +  
1596 +  cache_free (sector);
1597 +  free_map_release (sector);
1598 +}
1599 +
1600 +/* Deallocates the blocks allocated for INODE. */
1601 +static void
1602 +deallocate_inode (const struct inode *inode)
1603 +{
1604 +  struct cache_block *block = cache_lock (inode->sector, EXCLUSIVE);
1605 +  struct inode_disk *disk_inode = cache_read (block);
1606 +  int i;
1607 +  for (i = 0; i < SECTOR_CNT; i++)
1608 +    if (disk_inode->sectors[i]) 
1609 +      {
1610 +        int level = (i >= DIRECT_CNT) + (i >= DIRECT_CNT + INDIRECT_CNT);
1611 +        deallocate_recursive (disk_inode->sectors[i], level); 
1612 +      }
1613 +  cache_unlock (block);
1614 +  deallocate_recursive (inode->sector, 0);
1615  }
1616  
1617  /* Marks INODE to be deleted when it is closed by the last caller who
1618 @@ -187,6 +248,156 @@ inode_remove (struct inode *inode) 
1619    inode->removed = true;
1620  }
1621  
1622 +/* Translates SECTOR_IDX into a sequence of block indexes in
1623 +   OFFSETS and sets *OFFSET_CNT to the number of offsets. */
1624 +static void
1625 +calculate_indices (off_t sector_idx, size_t offsets[], size_t *offset_cnt)
1626 +{
1627 +  /* Handle direct blocks. */
1628 +  if (sector_idx < DIRECT_CNT) 
1629 +    {
1630 +      offsets[0] = sector_idx;
1631 +      *offset_cnt = 1;
1632 +      return;
1633 +    }
1634 +  sector_idx -= DIRECT_CNT;
1635 +
1636 +  /* Handle indirect blocks. */
1637 +  if (sector_idx < PTRS_PER_SECTOR * INDIRECT_CNT)
1638 +    {
1639 +      offsets[0] = DIRECT_CNT + sector_idx / PTRS_PER_SECTOR;
1640 +      offsets[1] = sector_idx % PTRS_PER_SECTOR;
1641 +      *offset_cnt = 2;
1642 +      return;
1643 +    }
1644 +  sector_idx -= PTRS_PER_SECTOR * INDIRECT_CNT;
1645 +
1646 +  /* Handle doubly indirect blocks. */
1647 +  if (sector_idx < DBL_INDIRECT_CNT * PTRS_PER_SECTOR * PTRS_PER_SECTOR)
1648 +    {
1649 +      offsets[0] = (DIRECT_CNT + INDIRECT_CNT
1650 +                    + sector_idx / (PTRS_PER_SECTOR * PTRS_PER_SECTOR));
1651 +      offsets[1] = sector_idx / PTRS_PER_SECTOR;
1652 +      offsets[2] = sector_idx % PTRS_PER_SECTOR;
1653 +      *offset_cnt = 3;
1654 +      return;
1655 +    }
1656 +  NOT_REACHED ();
1657 +}
1658 +
1659 +/* Retrieves the data block for the given byte OFFSET in INODE,
1660 +   setting *DATA_BLOCK to the block.
1661 +   Returns true if successful, false on failure.
1662 +   If ALLOCATE is false, then missing blocks will be successful
1663 +   with *DATA_BLOCk set to a null pointer.
1664 +   If ALLOCATE is true, then missing blocks will be allocated.
1665 +   The block returned will be locked, normally non-exclusively,
1666 +   but a newly allocated block will have an exclusive lock. */
1667 +static bool
1668 +get_data_block (struct inode *inode, off_t offset, bool allocate,
1669 +                struct cache_block **data_block) 
1670 +{
1671 +  disk_sector_t this_level_sector;
1672 +  size_t offsets[3];
1673 +  size_t offset_cnt;
1674 +  size_t level;
1675 +
1676 +  ASSERT (offset >= 0);
1677 +
1678 +  calculate_indices (offset / DISK_SECTOR_SIZE, offsets, &offset_cnt);
1679 +  level = 0;
1680 +  this_level_sector = inode->sector;
1681 +  for (;;) 
1682 +    {
1683 +      struct cache_block *this_level_block;
1684 +      uint32_t *this_level_data;
1685 +
1686 +      struct cache_block *next_level_block;
1687 +
1688 +      /* Check whether the block for the next level is allocated. */
1689 +      this_level_block = cache_lock (this_level_sector, NON_EXCLUSIVE);
1690 +      this_level_data = cache_read (this_level_block);
1691 +      if (this_level_data[offsets[level]] != 0)
1692 +        {
1693 +          /* Yes, it's allocated.  Advance to next level. */
1694 +          this_level_sector = this_level_data[offsets[level]];
1695 +
1696 +          if (++level == offset_cnt) 
1697 +            {
1698 +              /* We hit the data block.
1699 +                 Do read-ahead. */
1700 +              if ((level == 0 && offsets[level] + 1 < DIRECT_CNT)
1701 +                  || (level > 0 && offsets[level] + 1 < PTRS_PER_SECTOR)) 
1702 +                {
1703 +                  uint32_t next_sector = this_level_data[offsets[level] + 1];
1704 +                  if (next_sector && next_sector < disk_size (filesys_disk))
1705 +                    cache_readahead (next_sector); 
1706 +                }
1707 +              cache_unlock (this_level_block);
1708 +
1709 +              /* Return block. */
1710 +              *data_block = cache_lock (this_level_sector, NON_EXCLUSIVE);
1711 +              return true;
1712 +            }
1713 +          cache_unlock (this_level_block);
1714 +          continue;
1715 +        }
1716 +      cache_unlock (this_level_block);
1717 +
1718 +      /* No block is allocated.  Nothing is locked.
1719 +         If we're not allocating new blocks, then this is
1720 +         "success" (with all-zero data). */
1721 +      if (!allocate) 
1722 +        {
1723 +          *data_block = NULL;
1724 +          return true;
1725 +        }
1726 +
1727 +      /* We need to allocate a new block.
1728 +         Grab an exclusive lock on this level's block so we can
1729 +         insert the new block. */
1730 +      this_level_block = cache_lock (this_level_sector, EXCLUSIVE);
1731 +      this_level_data = cache_read (this_level_block);
1732 +
1733 +      /* Since we released this level's block, someone else might
1734 +         have allocated the block in the meantime.  Recheck. */
1735 +      if (this_level_data[offsets[level]] != 0)
1736 +        {
1737 +          cache_unlock (this_level_block);
1738 +          continue;
1739 +        }
1740 +
1741 +      /* Allocate the new block. */
1742 +      if (!free_map_allocate (&this_level_data[offsets[level]]))
1743 +        {
1744 +          cache_unlock (this_level_block);
1745 +          *data_block = NULL;
1746 +          return false;
1747 +        }
1748 +      cache_dirty (this_level_block);
1749 +
1750 +      /* Lock and clear the new block. */
1751 +      next_level_block = cache_lock (this_level_data[offsets[level]],
1752 +                                     EXCLUSIVE);
1753 +      cache_zero (next_level_block);
1754 +
1755 +      /* Release this level's block.  No one else can access the
1756 +         new block yet, because we have an exclusive lock on it. */
1757 +      cache_unlock (this_level_block);
1758 +
1759 +      /* If this is the final level, then return the new block. */
1760 +      if (level == offset_cnt - 1) 
1761 +        {
1762 +          *data_block = next_level_block;
1763 +          return true;
1764 +        }
1765 +
1766 +      /* Otherwise, release the new block and go around again to
1767 +         follow the new pointer. */
1768 +      cache_unlock (next_level_block);
1769 +    }
1770 +}
1771 +
1772  /* Reads SIZE bytes from INODE into BUFFER, starting at position OFFSET.
1773     Returns the number of bytes actually read, which may be less
1774     than SIZE if an error occurs or end of file is reached. */
1775 @@ -195,13 +406,12 @@ inode_read_at (struct inode *inode, void
1776  {
1777    uint8_t *buffer = buffer_;
1778    off_t bytes_read = 0;
1779 -  uint8_t *bounce = NULL;
1780  
1781    while (size > 0) 
1782      {
1783 -      /* Disk sector to read, starting byte offset within sector. */
1784 -      disk_sector_t sector_idx = byte_to_sector (inode, offset);
1785 +      /* Sector to read, starting byte offset within sector, sector data. */
1786        int sector_ofs = offset % DISK_SECTOR_SIZE;
1787 +      struct cache_block *block;
1788  
1789        /* Bytes left in inode, bytes left in sector, lesser of the two. */
1790        off_t inode_left = inode_length (inode) - offset;
1791 @@ -210,26 +420,16 @@ inode_read_at (struct inode *inode, void
1792  
1793        /* Number of bytes to actually copy out of this sector. */
1794        int chunk_size = size < min_left ? size : min_left;
1795 -      if (chunk_size <= 0)
1796 +      if (chunk_size <= 0 || !get_data_block (inode, offset, false, &block))
1797          break;
1798  
1799 -      if (sector_ofs == 0 && chunk_size == DISK_SECTOR_SIZE) 
1800 -        {
1801 -          /* Read full sector directly into caller's buffer. */
1802 -          disk_read (filesys_disk, sector_idx, buffer + bytes_read); 
1803 -        }
1804 +      if (block == NULL) 
1805 +        memset (buffer + bytes_read, 0, chunk_size);
1806        else 
1807          {
1808 -          /* Read sector into bounce buffer, then partially copy
1809 -             into caller's buffer. */
1810 -          if (bounce == NULL) 
1811 -            {
1812 -              bounce = malloc (DISK_SECTOR_SIZE);
1813 -              if (bounce == NULL)
1814 -                break;
1815 -            }
1816 -          disk_read (filesys_disk, sector_idx, bounce);
1817 -          memcpy (buffer + bytes_read, bounce + sector_ofs, chunk_size);
1818 +          const uint8_t *sector_data = cache_read (block);
1819 +          memcpy (buffer + bytes_read, sector_data + sector_ofs, chunk_size);
1820 +          cache_unlock (block);
1821          }
1822        
1823        /* Advance. */
1824 @@ -237,75 +437,82 @@ inode_read_at (struct inode *inode, void
1825        offset += chunk_size;
1826        bytes_read += chunk_size;
1827      }
1828 -  free (bounce);
1829  
1830    return bytes_read;
1831  }
1832  
1833 +/* Extends INODE to be at least LENGTH bytes long. */
1834 +static void
1835 +extend_file (struct inode *inode, off_t length) 
1836 +{
1837 +  if (length > inode_length (inode)) 
1838 +    {
1839 +      struct cache_block *inode_block = cache_lock (inode->sector, EXCLUSIVE);
1840 +      struct inode_disk *disk_inode = cache_read (inode_block);
1841 +      if (length > disk_inode->length) 
1842 +        {
1843 +          disk_inode->length = length;
1844 +          cache_dirty (inode_block);
1845 +        }
1846 +      cache_unlock (inode_block);
1847 +    }
1848 +}
1849 +
1850  /* Writes SIZE bytes from BUFFER into INODE, starting at OFFSET.
1851     Returns the number of bytes actually written, which may be
1852 -   less than SIZE if end of file is reached or an error occurs.
1853 -   (Normally a write at end of file would extend the inode, but
1854 -   growth is not yet implemented.) */
1855 +   less than SIZE if an error occurs. */
1856  off_t
1857  inode_write_at (struct inode *inode, const void *buffer_, off_t size,
1858                  off_t offset) 
1859  {
1860    const uint8_t *buffer = buffer_;
1861    off_t bytes_written = 0;
1862 -  uint8_t *bounce = NULL;
1863  
1864 -  if (inode->deny_write_cnt)
1865 -    return 0;
1866 +  /* Don't write if writes are denied. */
1867 +  lock_acquire (&inode->deny_write_lock);
1868 +  if (inode->deny_write_cnt) 
1869 +    {
1870 +      lock_release (&inode->deny_write_lock);
1871 +      return 0;
1872 +    }
1873 +  inode->writer_cnt++;
1874 +  lock_release (&inode->deny_write_lock);
1875  
1876    while (size > 0) 
1877      {
1878 -      /* Sector to write, starting byte offset within sector. */
1879 -      disk_sector_t sector_idx = byte_to_sector (inode, offset);
1880 +      /* Sector to write, starting byte offset within sector, sector data. */
1881        int sector_ofs = offset % DISK_SECTOR_SIZE;
1882 +      struct cache_block *block;
1883 +      uint8_t *sector_data;
1884  
1885 -      /* Bytes left in inode, bytes left in sector, lesser of the two. */
1886 -      off_t inode_left = inode_length (inode) - offset;
1887 +      /* Bytes to max inode size, bytes left in sector, lesser of the two. */
1888 +      off_t inode_left = INODE_SPAN - offset;
1889        int sector_left = DISK_SECTOR_SIZE - sector_ofs;
1890        int min_left = inode_left < sector_left ? inode_left : sector_left;
1891  
1892        /* Number of bytes to actually write into this sector. */
1893        int chunk_size = size < min_left ? size : min_left;
1894 -      if (chunk_size <= 0)
1895 -        break;
1896  
1897 -      if (sector_ofs == 0 && chunk_size == DISK_SECTOR_SIZE) 
1898 -        {
1899 -          /* Write full sector directly to disk. */
1900 -          disk_write (filesys_disk, sector_idx, buffer + bytes_written); 
1901 -        }
1902 -      else 
1903 -        {
1904 -          /* We need a bounce buffer. */
1905 -          if (bounce == NULL) 
1906 -            {
1907 -              bounce = malloc (DISK_SECTOR_SIZE);
1908 -              if (bounce == NULL)
1909 -                break;
1910 -            }
1911 +      if (chunk_size <= 0 || !get_data_block (inode, offset, true, &block))
1912 +        break;
1913  
1914 -          /* If the sector contains data before or after the chunk
1915 -             we're writing, then we need to read in the sector
1916 -             first.  Otherwise we start with a sector of all zeros. */
1917 -          if (sector_ofs > 0 || chunk_size < sector_left) 
1918 -            disk_read (filesys_disk, sector_idx, bounce);
1919 -          else
1920 -            memset (bounce, 0, DISK_SECTOR_SIZE);
1921 -          memcpy (bounce + sector_ofs, buffer + bytes_written, chunk_size);
1922 -          disk_write (filesys_disk, sector_idx, bounce); 
1923 -        }
1924 +      sector_data = cache_read (block);
1925 +      memcpy (sector_data + sector_ofs, buffer + bytes_written, chunk_size);
1926 +      cache_dirty (block);
1927 +      cache_unlock (block);
1928  
1929        /* Advance. */
1930        size -= chunk_size;
1931        offset += chunk_size;
1932        bytes_written += chunk_size;
1933      }
1934 -  free (bounce);
1935 +
1936 +  extend_file (inode, offset);
1937 +
1938 +  lock_acquire (&inode->deny_write_lock);
1939 +  if (--inode->writer_cnt == 0)
1940 +    cond_signal (&inode->no_writers_cond, &inode->deny_write_lock);
1941 +  lock_release (&inode->deny_write_lock);
1942  
1943    return bytes_written;
1944  }
1945 @@ -315,8 +522,12 @@ inode_write_at (struct inode *inode, con
1946  void
1947  inode_deny_write (struct inode *inode) 
1948  {
1949 +  lock_acquire (&inode->deny_write_lock);
1950 +  while (inode->writer_cnt > 0)
1951 +    cond_wait (&inode->no_writers_cond, &inode->deny_write_lock);
1952 +  ASSERT (inode->deny_write_cnt < inode->open_cnt);
1953    inode->deny_write_cnt++;
1954 -  ASSERT (inode->deny_write_cnt <= inode->open_cnt);
1955 +  lock_release (&inode->deny_write_lock);
1956  }
1957  
1958  /* Re-enables writes to INODE.
1959 @@ -325,14 +536,47 @@ inode_deny_write (struct inode *inode) 
1960  void
1961  inode_allow_write (struct inode *inode) 
1962  {
1963 +  lock_acquire (&inode->deny_write_lock);
1964    ASSERT (inode->deny_write_cnt > 0);
1965    ASSERT (inode->deny_write_cnt <= inode->open_cnt);
1966    inode->deny_write_cnt--;
1967 +  lock_release (&inode->deny_write_lock);
1968  }
1969  
1970  /* Returns the length, in bytes, of INODE's data. */
1971  off_t
1972  inode_length (const struct inode *inode)
1973  {
1974 -  return inode->data.length;
1975 +  struct cache_block *inode_block = cache_lock (inode->sector, NON_EXCLUSIVE);
1976 +  struct inode_disk *disk_inode = cache_read (inode_block);
1977 +  off_t length = disk_inode->length;
1978 +  cache_unlock (inode_block);
1979 +  return length;
1980 +}
1981 +
1982 +/* Returns the number of openers. */
1983 +int
1984 +inode_open_cnt (const struct inode *inode) 
1985 +{
1986 +  int open_cnt;
1987 +  
1988 +  lock_acquire (&open_inodes_lock);
1989 +  open_cnt = inode->open_cnt;
1990 +  lock_release (&open_inodes_lock);
1991 +
1992 +  return open_cnt;
1993 +}
1994 +
1995 +/* Locks INODE. */
1996 +void
1997 +inode_lock (struct inode *inode) 
1998 +{
1999 +  lock_acquire (&inode->lock);
2000 +}
2001 +
2002 +/* Releases INODE's lock. */
2003 +void
2004 +inode_unlock (struct inode *inode) 
2005 +{
2006 +  lock_release (&inode->lock);
2007  }
2008 Index: src/filesys/inode.h
2009 diff -u src/filesys/inode.h~ src/filesys/inode.h
2010 --- src/filesys/inode.h~
2011 +++ src/filesys/inode.h
2012 @@ -7,11 +7,19 @@
2013  
2014  struct bitmap;
2015  
2016 +/* Type of an inode. */
2017 +enum inode_type 
2018 +  {
2019 +    FILE_INODE,         /* Ordinary file. */
2020 +    DIR_INODE           /* Directory. */
2021 +  };
2022 +
2023  void inode_init (void);
2024 -bool inode_create (disk_sector_t, off_t);
2025 +struct inode *inode_create (disk_sector_t, enum inode_type);
2026  struct inode *inode_open (disk_sector_t);
2027  struct inode *inode_reopen (struct inode *);
2028 +enum inode_type inode_get_type (const struct inode *);
2029  disk_sector_t inode_get_inumber (const struct inode *);
2030  void inode_close (struct inode *);
2031  void inode_remove (struct inode *);
2032  off_t inode_read_at (struct inode *, void *, off_t size, off_t offset);
2033 @@ -18,5 +27,8 @@ off_t inode_write_at (struct inode *, co
2034  void inode_deny_write (struct inode *);
2035  void inode_allow_write (struct inode *);
2036  off_t inode_length (const struct inode *);
2037 +int inode_open_cnt (const struct inode *);
2038 +void inode_lock (struct inode *);
2039 +void inode_unlock (struct inode *);
2040  
2041  #endif /* filesys/inode.h */
2042 Index: src/threads/init.c
2043 diff -u src/threads/init.c~ src/threads/init.c
2044 --- src/threads/init.c~
2045 +++ src/threads/init.c
2046 @@ -33,6 +33,8 @@
2047  #include "filesys/filesys.h"
2048  #include "filesys/fsutil.h"
2049  #endif
2050 +#include "vm/frame.h"
2051 +#include "vm/swap.h"
2052  
2053  /* Amount of physical memory, in 4 kB pages. */
2054  size_t ram_pages;
2055 @@ -124,6 +126,9 @@ main (void)
2056    filesys_init (format_filesys);
2057  #endif
2058  
2059 +  frame_init ();
2060 +  swap_init ();
2061 +
2062    printf ("Boot complete.\n");
2063    
2064    /* Run actions specified on kernel command line. */
2065 Index: src/threads/interrupt.c
2066 diff -u src/threads/interrupt.c~ src/threads/interrupt.c
2067 --- src/threads/interrupt.c~
2068 +++ src/threads/interrupt.c
2069 @@ -354,6 +354,8 @@ intr_handler (struct intr_frame *frame) 
2070        in_external_intr = true;
2071        yield_on_return = false;
2072      }
2073 +  else 
2074 +    thread_current ()->user_esp = frame->esp;
2075  
2076    /* Invoke the interrupt's handler.
2077       If there is no handler, invoke the unexpected interrupt
2078 Index: src/threads/thread.c
2079 diff -u src/threads/thread.c~ src/threads/thread.c
2080 --- src/threads/thread.c~
2081 +++ src/threads/thread.c
2082 @@ -13,6 +13,7 @@
2083  #include "threads/vaddr.h"
2084  #ifdef USERPROG
2085  #include "userprog/process.h"
2086 +#include "userprog/syscall.h"
2087  #endif
2088  
2089  /* Random value for struct thread's `magic' member.
2090 @@ -55,7 +56,8 @@ static void kernel_thread (thread_func *
2091  static void idle (void *aux UNUSED);
2092  static struct thread *running_thread (void);
2093  static struct thread *next_thread_to_run (void);
2094 -static void init_thread (struct thread *, const char *name, int priority);
2095 +static void init_thread (struct thread *, const char *name, int priority,
2096 +                         tid_t);
2097  static bool is_thread (struct thread *) UNUSED;
2098  static void *alloc_frame (struct thread *, size_t size);
2099  static void schedule (void);
2100 @@ -82,9 +84,8 @@ thread_init (void) 
2101  
2102    /* Set up a thread structure for the running thread. */
2103    initial_thread = running_thread ();
2104 -  init_thread (initial_thread, "main", PRI_DEFAULT);
2105 +  init_thread (initial_thread, "main", PRI_DEFAULT, 0);
2106    initial_thread->status = THREAD_RUNNING;
2107 -  initial_thread->tid = allocate_tid ();
2108  }
2109  
2110  /* Starts preemptive thread scheduling by enabling interrupts.
2111 @@ -159,8 +160,8 @@ thread_create (const char *name, int pri
2112      return TID_ERROR;
2113  
2114    /* Initialize thread. */
2115 -  init_thread (t, name, priority);
2116 -  tid = t->tid = allocate_tid ();
2117 +  init_thread (t, name, priority, allocate_tid ());
2118 +  tid = t->tid;
2119  
2120    /* Stack frame for kernel_thread(). */
2121    kf = alloc_frame (t, sizeof *kf);
2122 @@ -253,16 +254,19 @@ thread_tid (void) 
2123  void
2124  thread_exit (void) 
2125  {
2126 +  struct thread *t = thread_current ();
2127 +
2128    ASSERT (!intr_context ());
2129  
2130 +  syscall_exit ();
2131  #ifdef USERPROG
2132    process_exit ();
2133  #endif
2134  
2135    /* Just set our status to dying and schedule another process.
2136       We will be destroyed during the call to schedule_tail(). */
2137    intr_disable ();
2138 -  thread_current ()->status = THREAD_DYING;
2139 +  t->status = THREAD_DYING;
2140    schedule ();
2141    NOT_REACHED ();
2142  }
2143 @@ -406,17 +410,29 @@ is_thread (struct thread *t)
2144  /* Does basic initialization of T as a blocked thread named
2145     NAME. */
2146  static void
2147 -init_thread (struct thread *t, const char *name, int priority)
2148 +init_thread (struct thread *t, const char *name, int priority, tid_t tid)
2149  {
2150    ASSERT (t != NULL);
2151    ASSERT (PRI_MIN <= priority && priority <= PRI_MAX);
2152    ASSERT (name != NULL);
2153  
2154    memset (t, 0, sizeof *t);
2155 +  t->tid = tid;
2156    t->status = THREAD_BLOCKED;
2157    strlcpy (t->name, name, sizeof t->name);
2158    t->stack = (uint8_t *) t + PGSIZE;
2159    t->priority = priority;
2160 +  t->exit_code = -1;
2161 +  t->wait_status = NULL;
2162 +  list_init (&t->children);
2163 +  sema_init (&t->timer_sema, 0);
2164 +  t->pagedir = NULL;
2165 +  t->pages = NULL;
2166 +  t->bin_file = NULL;
2167 +  list_init (&t->fds);
2168 +  list_init (&t->mappings);
2169 +  t->next_handle = 2;
2170 +  t->wd = NULL;
2171    t->magic = THREAD_MAGIC;
2172  }
2173  
2174 Index: src/threads/thread.h
2175 diff -u src/threads/thread.h~ src/threads/thread.h
2176 --- src/threads/thread.h~
2177 +++ src/threads/thread.h
2178 @@ -2,8 +2,10 @@
2179  #define THREADS_THREAD_H
2180  
2181  #include <debug.h>
2182 +#include <hash.h>
2183  #include <list.h>
2184  #include <stdint.h>
2185 +#include "threads/synch.h"
2186  
2187  /* States in a thread's life cycle. */
2188  enum thread_status
2189 @@ -89,18 +91,50 @@ struct thread
2190      uint8_t *stack;                     /* Saved stack pointer. */
2191      int priority;                       /* Priority. */
2192  
2193 +    /* Owned by process.c. */
2194 +    int exit_code;                      /* Exit code. */
2195 +    struct wait_status *wait_status;    /* This process's completion status. */
2196 +    struct list children;               /* Completion status of children. */
2197 +
2198      /* Shared between thread.c and synch.c. */
2199      struct list_elem elem;              /* List element. */
2200  
2201 -#ifdef USERPROG
2202 +    /* Alarm clock. */
2203 +    int64_t wakeup_time;                /* Time to wake this thread up. */
2204 +    struct list_elem timer_elem;        /* Element in timer_wait_list. */
2205 +    struct semaphore timer_sema;        /* Semaphore. */
2206 +
2207      /* Owned by userprog/process.c. */
2208      uint32_t *pagedir;                  /* Page directory. */
2209 -#endif
2210 +    struct hash *pages;                 /* Page table. */
2211 +    struct file *bin_file;              /* The binary executable. */
2212 +
2213 +    /* Owned by syscall.c. */
2214 +    struct list fds;                    /* List of file descriptors. */
2215 +    struct list mappings;               /* Memory-mapped files. */
2216 +    int next_handle;                    /* Next handle value. */
2217 +    void *user_esp;                     /* User's stack pointer. */
2218 +    struct dir *wd;                     /* Working directory. */
2219  
2220      /* Owned by thread.c. */
2221      unsigned magic;                     /* Detects stack overflow. */
2222    };
2223  
2224 +/* Tracks the completion of a process.
2225 +   Reference held by both the parent, in its `children' list,
2226 +   and by the child, in its `wait_status' pointer. */
2227 +struct wait_status
2228 +  {
2229 +    struct list_elem elem;              /* `children' list element. */
2230 +    struct lock lock;                   /* Protects ref_cnt. */
2231 +    int ref_cnt;                        /* 2=child and parent both alive,
2232 +                                           1=either child or parent alive,
2233 +                                           0=child and parent both dead. */
2234 +    tid_t tid;                          /* Child thread id. */
2235 +    int exit_code;                      /* Child exit code, if dead. */
2236 +    struct semaphore dead;              /* 1=child alive, 0=child dead. */
2237 +  };
2238 +
2239  void thread_init (void);
2240  void thread_start (void);
2241  
2242 Index: src/userprog/exception.c
2243 diff -u src/userprog/exception.c~ src/userprog/exception.c
2244 --- src/userprog/exception.c~
2245 +++ src/userprog/exception.c
2246 @@ -4,6 +4,7 @@
2247  #include "userprog/gdt.h"
2248  #include "threads/interrupt.h"
2249  #include "threads/thread.h"
2250 +#include "vm/page.h"
2251  
2252  /* Number of page faults processed. */
2253  static long long page_fault_cnt;
2254 @@ -148,9 +149,14 @@ page_fault (struct intr_frame *f) 
2255    write = (f->error_code & PF_W) != 0;
2256    user = (f->error_code & PF_U) != 0;
2257  
2258 -  /* To implement virtual memory, delete the rest of the function
2259 -     body, and replace it with code that brings in the page to
2260 -     which fault_addr refers. */
2261 +  /* Allow the pager to try to handle it. */
2262 +  if (user && not_present)
2263 +    {
2264 +      if (!page_in (fault_addr))
2265 +        thread_exit ();
2266 +      return;
2267 +    }
2268 +
2269    printf ("Page fault at %p: %s error %s page in %s context.\n",
2270            fault_addr,
2271            not_present ? "not present" : "rights violation",
2272 Index: src/userprog/pagedir.c
2273 diff -u src/userprog/pagedir.c~ src/userprog/pagedir.c
2274 --- src/userprog/pagedir.c~
2275 +++ src/userprog/pagedir.c
2276 @@ -35,15 +35,7 @@ pagedir_destroy (uint32_t *pd) 
2277    ASSERT (pd != base_page_dir);
2278    for (pde = pd; pde < pd + pd_no (PHYS_BASE); pde++)
2279      if (*pde & PTE_P) 
2280 -      {
2281 -        uint32_t *pt = pde_get_pt (*pde);
2282 -        uint32_t *pte;
2283 -        
2284 -        for (pte = pt; pte < pt + PGSIZE / sizeof *pte; pte++)
2285 -          if (*pte & PTE_P) 
2286 -            palloc_free_page (pte_get_page (*pte));
2287 -        palloc_free_page (pt);
2288 -      }
2289 +      palloc_free_page (pde_get_pt (*pde));
2290    palloc_free_page (pd);
2291  }
2292  
2293 Index: src/userprog/process.c
2294 diff -u src/userprog/process.c~ src/userprog/process.c
2295 --- src/userprog/process.c~
2296 +++ src/userprog/process.c
2297 @@ -14,12 +14,27 @@
2298  #include "threads/flags.h"
2299  #include "threads/init.h"
2300  #include "threads/interrupt.h"
2301 +#include "threads/malloc.h"
2302  #include "threads/palloc.h"
2303  #include "threads/thread.h"
2304  #include "threads/vaddr.h"
2305 +#include "vm/page.h"
2306 +#include "vm/frame.h"
2307  
2308  static thread_func execute_thread NO_RETURN;
2309 -static bool load (const char *cmdline, void (**eip) (void), void **esp);
2310 +static bool load (const char *cmd_line, void (**eip) (void), void **esp);
2311 +
2312 +/* Data structure shared between process_execute() in the
2313 +   invoking thread and execute_thread() in the newly invoked
2314 +   thread. */
2315 +struct exec_info 
2316 +  {
2317 +    const char *file_name;              /* Program to load. */
2318 +    struct semaphore load_done;         /* "Up"ed when loading complete. */
2319 +    struct wait_status *wait_status;    /* Child process. */
2320 +    struct dir *wd;                     /* Working directory. */
2321 +    bool success;                       /* Program successfully loaded? */
2322 +  };
2323  
2324  /* Starts a new thread running a user program loaded from
2325     FILENAME.  The new thread may be scheduled (and may even exit)
2326 @@ -28,41 +43,78 @@ static bool load (const char *cmdline, v
2327  tid_t
2328  process_execute (const char *file_name) 
2329  {
2330 -  char *fn_copy;
2331 +  struct dir *wd = thread_current ()->wd;
2332 +  struct exec_info exec;
2333 +  char thread_name[16];
2334 +  char *save_ptr;
2335    tid_t tid;
2336  
2337 -  /* Make a copy of FILE_NAME.
2338 -     Otherwise there's a race between the caller and load(). */
2339 -  fn_copy = palloc_get_page (0);
2340 -  if (fn_copy == NULL)
2341 +  /* Initialize exec_info. */
2342 +  exec.file_name = file_name;
2343 +  exec.wd = wd != NULL ? dir_reopen (wd) : dir_open_root ();
2344 +  if (exec.wd == NULL)
2345      return TID_ERROR;
2346 -  strlcpy (fn_copy, file_name, PGSIZE);
2347 +  sema_init (&exec.load_done, 0);
2348  
2349    /* Create a new thread to execute FILE_NAME. */
2350 -  tid = thread_create (file_name, PRI_DEFAULT, execute_thread, fn_copy);
2351 -  if (tid == TID_ERROR)
2352 -    palloc_free_page (fn_copy); 
2353 +  strlcpy (thread_name, file_name, sizeof thread_name);
2354 +  strtok_r (thread_name, " ", &save_ptr);
2355 +  tid = thread_create (thread_name, PRI_DEFAULT, execute_thread, &exec);
2356 +  if (tid != TID_ERROR)
2357 +    {
2358 +      sema_down (&exec.load_done);
2359 +      if (exec.success)
2360 +        list_push_back (&thread_current ()->children, &exec.wait_status->elem);
2361 +      else 
2362 +        {
2363 +          tid = TID_ERROR;
2364 +          /* Don't close exec.wd; child process will have done so. */
2365 +        }
2366 +    }
2367 +  else
2368 +    dir_close (exec.wd);
2369 +
2370    return tid;
2371  }
2372  
2373  /* A thread function that loads a user process and starts it
2374     running. */
2375  static void
2376 -execute_thread (void *file_name_)
2377 +execute_thread (void *exec_)
2378  {
2379 -  char *file_name = file_name_;
2380 +  struct exec_info *exec = exec_;
2381    struct intr_frame if_;
2382    bool success;
2383  
2384 +  thread_current ()->wd = exec->wd;
2385 +
2386    /* Initialize interrupt frame and load executable. */
2387    memset (&if_, 0, sizeof if_);
2388    if_.gs = if_.fs = if_.es = if_.ds = if_.ss = SEL_UDSEG;
2389    if_.cs = SEL_UCSEG;
2390    if_.eflags = FLAG_IF | FLAG_MBS;
2391 -  success = load (file_name, &if_.eip, &if_.esp);
2392 +  success = load (exec->file_name, &if_.eip, &if_.esp);
2393  
2394 -  /* If load failed, quit. */
2395 -  palloc_free_page (file_name);
2396 +  /* Allocate wait_status. */
2397 +  if (success)
2398 +    {
2399 +      exec->wait_status = thread_current ()->wait_status
2400 +        = malloc (sizeof *exec->wait_status);
2401 +      success = exec->wait_status != NULL; 
2402 +    }
2403 +
2404 +  /* Initialize wait_status. */
2405 +  if (success) 
2406 +    {
2407 +      lock_init (&exec->wait_status->lock);
2408 +      exec->wait_status->ref_cnt = 2;
2409 +      exec->wait_status->tid = thread_current ()->tid;
2410 +      sema_init (&exec->wait_status->dead, 0);
2411 +    }
2412 +  
2413 +  /* Notify parent thread and clean up. */
2414 +  exec->success = success;
2415 +  sema_up (&exec->load_done);
2416    if (!success) 
2417      thread_exit ();
2418  
2419 @@ -76,18 +128,47 @@ execute_thread (void *file_name_)
2420    NOT_REACHED ();
2421  }
2422  
2423 +/* Releases one reference to CS and, if it is now unreferenced,
2424 +   frees it. */
2425 +static void
2426 +release_child (struct wait_status *cs) 
2427 +{
2428 +  int new_ref_cnt;
2429 +  
2430 +  lock_acquire (&cs->lock);
2431 +  new_ref_cnt = --cs->ref_cnt;
2432 +  lock_release (&cs->lock);
2433 +
2434 +  if (new_ref_cnt == 0)
2435 +    free (cs);
2436 +}
2437 +
2438  /* Waits for thread TID to die and returns its exit status.  If
2439     it was terminated by the kernel (i.e. killed due to an
2440     exception), returns -1.  If TID is invalid or if it was not a
2441     child of the calling process, or if process_wait() has already
2442     been successfully called for the given TID, returns -1
2443 -   immediately, without waiting.
2444 -
2445 -   This function will be implemented in problem 2-2.  For now, it
2446 -   does nothing. */
2447 +   immediately, without waiting. */
2448  int
2449 -process_wait (tid_t child_tid UNUSED) 
2450 +process_wait (tid_t child_tid) 
2451  {
2452 +  struct thread *cur = thread_current ();
2453 +  struct list_elem *e;
2454 +
2455 +  for (e = list_begin (&cur->children); e != list_end (&cur->children);
2456 +       e = list_next (e)) 
2457 +    {
2458 +      struct wait_status *cs = list_entry (e, struct wait_status, elem);
2459 +      if (cs->tid == child_tid) 
2460 +        {
2461 +          int exit_code;
2462 +          list_remove (e);
2463 +          sema_down (&cs->dead);
2464 +          exit_code = cs->exit_code;
2465 +          release_child (cs);
2466 +          return exit_code;
2467 +        }
2468 +    }
2469    return -1;
2470  }
2471  
2472 @@ -96,8 +177,35 @@ void
2473  process_exit (void)
2474  {
2475    struct thread *cur = thread_current ();
2476 +  struct list_elem *e, *next;
2477    uint32_t *pd;
2478  
2479 +  printf ("%s: exit(%d)\n", cur->name, cur->exit_code);
2480 +
2481 +  /* Notify parent that we're dead. */
2482 +  if (cur->wait_status != NULL) 
2483 +    {
2484 +      struct wait_status *cs = cur->wait_status;
2485 +      cs->exit_code = cur->exit_code;
2486 +      sema_up (&cs->dead);
2487 +      release_child (cs);
2488 +    }
2489 +
2490 +  /* Free entries of children list. */
2491 +  for (e = list_begin (&cur->children); e != list_end (&cur->children);
2492 +       e = next) 
2493 +    {
2494 +      struct wait_status *cs = list_entry (e, struct wait_status, elem);
2495 +      next = list_remove (e);
2496 +      release_child (cs);
2497 +    }
2498 +
2499 +  /* Destroy the page hash table. */
2500 +  page_exit ();
2501 +  
2502 +  /* Close executable (and allow writes). */
2503 +  file_close (cur->bin_file);
2504 +
2505    /* Destroy the current process's page directory and switch back
2506       to the kernel-only page directory. */
2507    pd = cur->pagedir;
2508 @@ -194,7 +302,7 @@ struct Elf32_Phdr
2509  #define PF_W 2          /* Writable. */
2510  #define PF_R 4          /* Readable. */
2511  
2512 -static bool setup_stack (void **esp);
2513 +static bool setup_stack (const char *cmd_line, void **esp);
2514  static bool validate_segment (const struct Elf32_Phdr *, struct file *);
2515  static bool load_segment (struct file *file, off_t ofs, uint8_t *upage,
2516                            uint32_t read_bytes, uint32_t zero_bytes,
2517 @@ -205,13 +313,15 @@ static bool load_segment (struct file *f
2518     and its initial stack pointer into *ESP.
2519     Returns true if successful, false otherwise. */
2520  bool
2521 -load (const char *file_name, void (**eip) (void), void **esp) 
2522 +load (const char *cmd_line, void (**eip) (void), void **esp) 
2523  {
2524    struct thread *t = thread_current ();
2525 +  char file_name[NAME_MAX + 2];
2526    struct Elf32_Ehdr ehdr;
2527    struct file *file = NULL;
2528    off_t file_ofs;
2529    bool success = false;
2530 +  char *cp;
2531    int i;
2532  
2533    /* Allocate and activate page directory. */
2534 @@ -220,13 +330,28 @@ load (const char *file_name, void (**eip
2535      goto done;
2536    process_activate ();
2537  
2538 +  /* Create page hash table. */
2539 +  t->pages = malloc (sizeof *t->pages);
2540 +  if (t->pages == NULL)
2541 +    goto done;
2542 +  hash_init (t->pages, page_hash, page_less, NULL);
2543 +
2544 +  /* Extract file_name from command line. */
2545 +  while (*cmd_line == ' ')
2546 +    cmd_line++;
2547 +  strlcpy (file_name, cmd_line, sizeof file_name);
2548 +  cp = strchr (file_name, ' ');
2549 +  if (cp != NULL)
2550 +    *cp = '\0';
2551 +
2552    /* Open executable file. */
2553 -  file = filesys_open (file_name);
2554 +  t->bin_file = file = file_open (filesys_open (file_name));
2555    if (file == NULL) 
2556      {
2557        printf ("load: %s: open failed\n", file_name);
2558        goto done; 
2559      }
2560 +  file_deny_write (file);
2561  
2562    /* Read and verify executable header. */
2563    if (file_read (file, &ehdr, sizeof ehdr) != sizeof ehdr
2564 @@ -301,7 +426,7 @@ load (const char *file_name, void (**eip
2565      }
2566  
2567    /* Set up stack. */
2568 -  if (!setup_stack (esp))
2569 +  if (!setup_stack (cmd_line, esp))
2570      goto done;
2571  
2572    /* Start address. */
2573 @@ -311,14 +436,11 @@ load (const char *file_name, void (**eip
2574  
2575   done:
2576    /* We arrive here whether the load is successful or not. */
2577 -  file_close (file);
2578    return success;
2579  }
2580  \f
2581  /* load() helpers. */
2582  
2583 -static bool install_page (void *upage, void *kpage, bool writable);
2584 -
2585  /* Checks whether PHDR describes a valid, loadable segment in
2586     FILE and returns true if so, false otherwise. */
2587  static bool
2588 @@ -386,79 +508,127 @@ load_segment (struct file *file, off_t o
2589    ASSERT (pg_ofs (upage) == 0);
2590    ASSERT (ofs % PGSIZE == 0);
2591  
2592 -  file_seek (file, ofs);
2593    while (read_bytes > 0 || zero_bytes > 0) 
2594      {
2595 -      /* Calculate how to fill this page.
2596 -         We will read PAGE_READ_BYTES bytes from FILE
2597 -         and zero the final PAGE_ZERO_BYTES bytes. */
2598        size_t page_read_bytes = read_bytes < PGSIZE ? read_bytes : PGSIZE;
2599        size_t page_zero_bytes = PGSIZE - page_read_bytes;
2600 -
2601 -      /* Get a page of memory. */
2602 -      uint8_t *kpage = palloc_get_page (PAL_USER);
2603 -      if (kpage == NULL)
2604 +      struct page *p = page_allocate (upage, !writable);
2605 +      if (p == NULL)
2606          return false;
2607 -
2608 -      /* Load this page. */
2609 -      if (file_read (file, kpage, page_read_bytes) != (int) page_read_bytes)
2610 -        {
2611 -          palloc_free_page (kpage);
2612 -          return false; 
2613 -        }
2614 -      memset (kpage + page_read_bytes, 0, page_zero_bytes);
2615 -
2616 -      /* Add the page to the process's address space. */
2617 -      if (!install_page (upage, kpage, writable)) 
2618 +      if (page_read_bytes > 0) 
2619          {
2620 -          palloc_free_page (kpage);
2621 -          return false; 
2622 +          p->file = file;
2623 +          p->file_offset = ofs;
2624 +          p->file_bytes = page_read_bytes;
2625          }
2626 -
2627 -      /* Advance. */
2628        read_bytes -= page_read_bytes;
2629        zero_bytes -= page_zero_bytes;
2630 +      ofs += page_read_bytes;
2631        upage += PGSIZE;
2632      }
2633    return true;
2634  }
2635  
2636 -/* Create a minimal stack by mapping a zeroed page at the top of
2637 -   user virtual memory. */
2638 +/* Reverse the order of the ARGC pointers to char in ARGV. */
2639 +static void
2640 +reverse (int argc, char **argv) 
2641 +{
2642 +  for (; argc > 1; argc -= 2, argv++) 
2643 +    {
2644 +      char *tmp = argv[0];
2645 +      argv[0] = argv[argc - 1];
2646 +      argv[argc - 1] = tmp;
2647 +    }
2648 +}
2649
2650 +/* Pushes the SIZE bytes in BUF onto the stack in KPAGE, whose
2651 +   page-relative stack pointer is *OFS, and then adjusts *OFS
2652 +   appropriately.  The bytes pushed are rounded to a 32-bit
2653 +   boundary.
2654 +
2655 +   If successful, returns a pointer to the newly pushed object.
2656 +   On failure, returns a null pointer. */
2657 +static void *
2658 +push (uint8_t *kpage, size_t *ofs, const void *buf, size_t size) 
2659 +{
2660 +  size_t padsize = ROUND_UP (size, sizeof (uint32_t));
2661 +  if (*ofs < padsize)
2662 +    return NULL;
2663 +
2664 +  *ofs -= padsize;
2665 +  memcpy (kpage + *ofs + (padsize - size), buf, size);
2666 +  return kpage + *ofs + (padsize - size);
2667 +}
2668 +
2669 +/* Sets up command line arguments in KPAGE, which will be mapped
2670 +   to UPAGE in user space.  The command line arguments are taken
2671 +   from CMD_LINE, separated by spaces.  Sets *ESP to the initial
2672 +   stack pointer for the process. */
2673  static bool
2674 -setup_stack (void **esp) 
2675 +init_cmd_line (uint8_t *kpage, uint8_t *upage, const char *cmd_line,
2676 +               void **esp) 
2677  {
2678 -  uint8_t *kpage;
2679 -  bool success = false;
2680 +  size_t ofs = PGSIZE;
2681 +  char *const null = NULL;
2682 +  char *cmd_line_copy;
2683 +  char *karg, *saveptr;
2684 +  int argc;
2685 +  char **argv;
2686 +
2687 +  /* Push command line string. */
2688 +  cmd_line_copy = push (kpage, &ofs, cmd_line, strlen (cmd_line) + 1);
2689 +  if (cmd_line_copy == NULL)
2690 +    return false;
2691  
2692 -  kpage = palloc_get_page (PAL_USER | PAL_ZERO);
2693 -  if (kpage != NULL) 
2694 +  if (push (kpage, &ofs, &null, sizeof null) == NULL)
2695 +    return false;
2696 +
2697 +  /* Parse command line into arguments
2698 +     and push them in reverse order. */
2699 +  argc = 0;
2700 +  for (karg = strtok_r (cmd_line_copy, " ", &saveptr); karg != NULL;
2701 +       karg = strtok_r (NULL, " ", &saveptr))
2702      {
2703 -      success = install_page (((uint8_t *) PHYS_BASE) - PGSIZE, kpage, true);
2704 -      if (success)
2705 -        *esp = PHYS_BASE;
2706 -      else
2707 -        palloc_free_page (kpage);
2708 +      void *uarg = upage + (karg - (char *) kpage);
2709 +      if (push (kpage, &ofs, &uarg, sizeof uarg) == NULL)
2710 +        return false;
2711 +      argc++;
2712      }
2713 -  return success;
2714 +
2715 +  /* Reverse the order of the command line arguments. */
2716 +  argv = (char **) (upage + ofs);
2717 +  reverse (argc, (char **) (kpage + ofs));
2718 +
2719 +  /* Push argv, argc, "return address". */
2720 +  if (push (kpage, &ofs, &argv, sizeof argv) == NULL
2721 +      || push (kpage, &ofs, &argc, sizeof argc) == NULL
2722 +      || push (kpage, &ofs, &null, sizeof null) == NULL)
2723 +    return false;
2724 +
2725 +  /* Set initial stack pointer. */
2726 +  *esp = upage + ofs;
2727 +  return true;
2728  }
2729  
2730 -/* Adds a mapping from user virtual address UPAGE to kernel
2731 -   virtual address KPAGE to the page table.
2732 -   If WRITABLE is true, the user process may modify the page;
2733 -   otherwise, it is read-only.
2734 -   UPAGE must not already be mapped.
2735 -   KPAGE should probably be a page obtained from the user pool
2736 -   with palloc_get_page().
2737 -   Returns true on success, false if UPAGE is already mapped or
2738 -   if memory allocation fails. */
2739 +/* Create a minimal stack for T by mapping a page at the
2740 +   top of user virtual memory.  Fills in the page using CMD_LINE
2741 +   and sets *ESP to the stack pointer. */
2742  static bool
2743 -install_page (void *upage, void *kpage, bool writable)
2744 +setup_stack (const char *cmd_line, void **esp) 
2745  {
2746 -  struct thread *t = thread_current ();
2747 -
2748 -  /* Verify that there's not already a page at that virtual
2749 -     address, then map our page there. */
2750 -  return (pagedir_get_page (t->pagedir, upage) == NULL
2751 -          && pagedir_set_page (t->pagedir, upage, kpage, writable));
2752 +  struct page *page = page_allocate (((uint8_t *) PHYS_BASE) - PGSIZE, false);
2753 +  if (page != NULL) 
2754 +    {
2755 +      page->frame = frame_alloc_and_lock (page);
2756 +      if (page->frame != NULL)
2757 +        {
2758 +          bool ok;
2759 +          page->read_only = false;
2760 +          page->private = false;
2761 +          ok = init_cmd_line (page->frame->base, page->addr, cmd_line, esp);
2762 +          frame_unlock (page->frame);
2763 +          return ok;
2764 +        }
2765 +    }
2766 +  return false;
2767  }
2768 Index: src/userprog/syscall.c
2769 diff -u src/userprog/syscall.c~ src/userprog/syscall.c
2770 --- src/userprog/syscall.c~
2771 +++ src/userprog/syscall.c
2772 @@ -1,20 +1,684 @@
2773  #include "userprog/syscall.h"
2774  #include <stdio.h>
2775 +#include <string.h>
2776  #include <syscall-nr.h>
2777 +#include "userprog/process.h"
2778 +#include "userprog/pagedir.h"
2779 +#include "devices/input.h"
2780 +#include "filesys/directory.h"
2781 +#include "filesys/filesys.h"
2782 +#include "filesys/file.h"
2783 +#include "threads/init.h"
2784  #include "threads/interrupt.h"
2785 +#include "threads/malloc.h"
2786 +#include "threads/palloc.h"
2787  #include "threads/thread.h"
2788 -
2789 +#include "threads/vaddr.h"
2790 +#include "vm/page.h"
2791
2792
2793 +static int sys_halt (void);
2794 +static int sys_exit (int status);
2795 +static int sys_exec (const char *ufile);
2796 +static int sys_wait (tid_t);
2797 +static int sys_create (const char *ufile, unsigned initial_size);
2798 +static int sys_remove (const char *ufile);
2799 +static int sys_open (const char *ufile);
2800 +static int sys_filesize (int handle);
2801 +static int sys_read (int handle, void *udst_, unsigned size);
2802 +static int sys_write (int handle, void *usrc_, unsigned size);
2803 +static int sys_seek (int handle, unsigned position);
2804 +static int sys_tell (int handle);
2805 +static int sys_close (int handle);
2806 +static int sys_mmap (int handle, void *addr);
2807 +static int sys_munmap (int mapping);
2808 +static int sys_chdir (const char *udir);
2809 +static int sys_mkdir (const char *udir);
2810 +static int sys_readdir (int handle, char *name);
2811 +static int sys_isdir (int handle);
2812 +static int sys_inumber (int handle);
2813
2814  static void syscall_handler (struct intr_frame *);
2815 -
2816 +static void copy_in (void *, const void *, size_t);
2817
2818  void
2819  syscall_init (void) 
2820  {
2821    intr_register_int (0x30, 3, INTR_ON, syscall_handler, "syscall");
2822  }
2823
2824 +/* System call handler. */
2825 +static void
2826 +syscall_handler (struct intr_frame *f) 
2827 +{
2828 +  typedef int syscall_function (int, int, int);
2829 +
2830 +  /* A system call. */
2831 +  struct syscall 
2832 +    {
2833 +      size_t arg_cnt;           /* Number of arguments. */
2834 +      syscall_function *func;   /* Implementation. */
2835 +    };
2836 +
2837 +  /* Table of system calls. */
2838 +  static const struct syscall syscall_table[] =
2839 +    {
2840 +      {0, (syscall_function *) sys_halt},
2841 +      {1, (syscall_function *) sys_exit},
2842 +      {1, (syscall_function *) sys_exec},
2843 +      {1, (syscall_function *) sys_wait},
2844 +      {2, (syscall_function *) sys_create},
2845 +      {1, (syscall_function *) sys_remove},
2846 +      {1, (syscall_function *) sys_open},
2847 +      {1, (syscall_function *) sys_filesize},
2848 +      {3, (syscall_function *) sys_read},
2849 +      {3, (syscall_function *) sys_write},
2850 +      {2, (syscall_function *) sys_seek},
2851 +      {1, (syscall_function *) sys_tell},
2852 +      {1, (syscall_function *) sys_close},
2853 +      {2, (syscall_function *) sys_mmap},
2854 +      {1, (syscall_function *) sys_munmap},
2855 +      {1, (syscall_function *) sys_chdir},
2856 +      {1, (syscall_function *) sys_mkdir},
2857 +      {2, (syscall_function *) sys_readdir},
2858 +      {1, (syscall_function *) sys_isdir},
2859 +      {1, (syscall_function *) sys_inumber},
2860 +    };
2861 +
2862 +  const struct syscall *sc;
2863 +  unsigned call_nr;
2864 +  int args[3];
2865  
2866 +  /* Get the system call. */
2867 +  copy_in (&call_nr, f->esp, sizeof call_nr);
2868 +  if (call_nr >= sizeof syscall_table / sizeof *syscall_table)
2869 +    thread_exit ();
2870 +  sc = syscall_table + call_nr;
2871 +
2872 +  /* Get the system call arguments. */
2873 +  ASSERT (sc->arg_cnt <= sizeof args / sizeof *args);
2874 +  memset (args, 0, sizeof args);
2875 +  copy_in (args, (uint32_t *) f->esp + 1, sizeof *args * sc->arg_cnt);
2876 +
2877 +  /* Execute the system call,
2878 +     and set the return value. */
2879 +  f->eax = sc->func (args[0], args[1], args[2]);
2880 +}
2881
2882 +/* Copies SIZE bytes from user address USRC to kernel address
2883 +   DST.
2884 +   Call thread_exit() if any of the user accesses are invalid. */
2885  static void
2886 -syscall_handler (struct intr_frame *f UNUSED) 
2887 +copy_in (void *dst_, const void *usrc_, size_t size) 
2888  {
2889 -  printf ("system call!\n");
2890 +  uint8_t *dst = dst_;
2891 +  const uint8_t *usrc = usrc_;
2892 +
2893 +  while (size > 0) 
2894 +    {
2895 +      size_t chunk_size = PGSIZE - pg_ofs (usrc);
2896 +      if (chunk_size > size)
2897 +        chunk_size = size;
2898 +      
2899 +      if (!page_lock (usrc, false))
2900 +        thread_exit ();
2901 +      memcpy (dst, usrc, chunk_size);
2902 +      page_unlock (usrc);
2903 +
2904 +      dst += chunk_size;
2905 +      usrc += chunk_size;
2906 +      size -= chunk_size;
2907 +    }
2908 +}
2909
2910 +/* Copies SIZE bytes from kernel address SRC to user address
2911 +   UDST.
2912 +   Call thread_exit() if any of the user accesses are invalid. */
2913 +static void
2914 +copy_out (void *udst_, const void *src_, size_t size) 
2915 +{
2916 +  uint8_t *udst = udst_;
2917 +  const uint8_t *src = src_;
2918 +
2919 +  while (size > 0) 
2920 +    {
2921 +      size_t chunk_size = PGSIZE - pg_ofs (udst);
2922 +      if (chunk_size > size)
2923 +        chunk_size = size;
2924 +      
2925 +      if (!page_lock (udst, false))
2926 +        thread_exit ();
2927 +      memcpy (udst, src, chunk_size);
2928 +      page_unlock (udst);
2929 +
2930 +      udst += chunk_size;
2931 +      src += chunk_size;
2932 +      size -= chunk_size;
2933 +    }
2934 +}
2935
2936 +/* Creates a copy of user string US in kernel memory
2937 +   and returns it as a page that must be freed with
2938 +   palloc_free_page().
2939 +   Truncates the string at PGSIZE bytes in size.
2940 +   Call thread_exit() if any of the user accesses are invalid. */
2941 +static char *
2942 +copy_in_string (const char *us) 
2943 +{
2944 +  char *ks;
2945 +  char *upage;
2946 +  size_t length;
2947
2948 +  ks = palloc_get_page (0);
2949 +  if (ks == NULL) 
2950 +    thread_exit ();
2951 +
2952 +  length = 0;
2953 +  for (;;) 
2954 +    {
2955 +      upage = pg_round_down (us);
2956 +      if (!page_lock (upage, false))
2957 +        goto lock_error;
2958 +
2959 +      for (; us < upage + PGSIZE; us++) 
2960 +        {
2961 +          ks[length++] = *us;
2962 +          if (*us == '\0') 
2963 +            {
2964 +              page_unlock (upage);
2965 +              return ks; 
2966 +            }
2967 +          else if (length >= PGSIZE) 
2968 +            goto too_long_error;
2969 +        }
2970 +
2971 +      page_unlock (upage);
2972 +    }
2973 +
2974 + too_long_error:
2975 +  page_unlock (upage);
2976 + lock_error:
2977 +  palloc_free_page (ks);
2978    thread_exit ();
2979  }
2980
2981 +/* Halt system call. */
2982 +static int
2983 +sys_halt (void)
2984 +{
2985 +  power_off ();
2986 +}
2987
2988 +/* Exit system call. */
2989 +static int
2990 +sys_exit (int exit_code) 
2991 +{
2992 +  thread_current ()->exit_code = exit_code;
2993 +  thread_exit ();
2994 +  NOT_REACHED ();
2995 +}
2996
2997 +/* Exec system call. */
2998 +static int
2999 +sys_exec (const char *ufile) 
3000 +{
3001 +  tid_t tid;
3002 +  char *kfile = copy_in_string (ufile);
3003
3004 +  tid = process_execute (kfile);
3005
3006 +  palloc_free_page (kfile);
3007
3008 +  return tid;
3009 +}
3010
3011 +/* Wait system call. */
3012 +static int
3013 +sys_wait (tid_t child) 
3014 +{
3015 +  return process_wait (child);
3016 +}
3017
3018 +/* Create system call. */
3019 +static int
3020 +sys_create (const char *ufile, unsigned initial_size) 
3021 +{
3022 +  char *kfile = copy_in_string (ufile);
3023 +  bool ok = filesys_create (kfile, initial_size, FILE_INODE);
3024 +  palloc_free_page (kfile);
3025
3026 +  return ok;
3027 +}
3028
3029 +/* Remove system call. */
3030 +static int
3031 +sys_remove (const char *ufile) 
3032 +{
3033 +  char *kfile = copy_in_string (ufile);
3034 +  bool ok = filesys_remove (kfile);
3035 +  palloc_free_page (kfile);
3036
3037 +  return ok;
3038 +}
3039 +\f
3040 +/* A file descriptor, for binding a file handle to a file. */
3041 +struct file_descriptor
3042 +  {
3043 +    struct list_elem elem;      /* List element. */
3044 +    struct file *file;          /* File. */
3045 +    struct dir *dir;            /* Directory. */
3046 +    int handle;                 /* File handle. */
3047 +  };
3048
3049 +/* Open system call. */
3050 +static int
3051 +sys_open (const char *ufile) 
3052 +{
3053 +  char *kfile = copy_in_string (ufile);
3054 +  struct file_descriptor *fd;
3055 +  int handle = -1;
3056
3057 +  fd = calloc (1, sizeof *fd);
3058 +  if (fd != NULL)
3059 +    {
3060 +      struct inode *inode = filesys_open (kfile);
3061 +      if (inode != NULL)
3062 +        {
3063 +          if (inode_get_type (inode) == FILE_INODE)
3064 +            fd->file = file_open (inode);
3065 +          else
3066 +            fd->dir = dir_open (inode);
3067 +          if (fd->file != NULL || fd->dir != NULL)
3068 +            {
3069 +              struct thread *cur = thread_current ();
3070 +              handle = fd->handle = cur->next_handle++;
3071 +              list_push_front (&cur->fds, &fd->elem);
3072 +            }
3073 +          else 
3074 +            {
3075 +              free (fd);
3076 +              inode_close (inode);
3077 +            }
3078 +        }
3079 +    }
3080 +  
3081 +  palloc_free_page (kfile);
3082 +  return handle;
3083 +}
3084
3085 +/* Returns the file descriptor associated with the given handle.
3086 +   Terminates the process if HANDLE is not associated with an
3087 +   open file. */
3088 +static struct file_descriptor *
3089 +lookup_fd (int handle) 
3090 +{
3091 +  struct thread *cur = thread_current ();
3092 +  struct list_elem *e;
3093 +   
3094 +  for (e = list_begin (&cur->fds); e != list_end (&cur->fds);
3095 +       e = list_next (e))
3096 +    {
3097 +      struct file_descriptor *fd;
3098 +      fd = list_entry (e, struct file_descriptor, elem);
3099 +      if (fd->handle == handle)
3100 +        return fd;
3101 +    }
3102
3103 +  thread_exit ();
3104 +}
3105
3106 +/* Returns the file descriptor associated with the given handle.
3107 +   Terminates the process if HANDLE is not associated with an
3108 +   open ordinary file. */
3109 +static struct file_descriptor *
3110 +lookup_file_fd (int handle) 
3111 +{
3112 +  struct file_descriptor *fd = lookup_fd (handle);
3113 +  if (fd->file == NULL)
3114 +    thread_exit ();
3115 +  return fd;
3116 +}
3117
3118 +/* Returns the file descriptor associated with the given handle.
3119 +   Terminates the process if HANDLE is not associated with an
3120 +   open directory. */
3121 +static struct file_descriptor *
3122 +lookup_dir_fd (int handle) 
3123 +{
3124 +  struct file_descriptor *fd = lookup_fd (handle);
3125 +  if (fd->dir == NULL)
3126 +    thread_exit ();
3127 +  return fd;
3128 +}
3129 +
3130 +/* Filesize system call. */
3131 +static int
3132 +sys_filesize (int handle) 
3133 +{
3134 +  struct file_descriptor *fd = lookup_file_fd (handle);
3135 +  int size;
3136
3137 +  size = file_length (fd->file);
3138
3139 +  return size;
3140 +}
3141
3142 +/* Read system call. */
3143 +static int
3144 +sys_read (int handle, void *udst_, unsigned size) 
3145 +{
3146 +  uint8_t *udst = udst_;
3147 +  struct file_descriptor *fd;
3148 +  int bytes_read = 0;
3149 +
3150 +  /* Look up file descriptor. */
3151 +  if (handle != STDIN_FILENO)
3152 +    fd = lookup_file_fd (handle);
3153 +
3154 +  while (size > 0) 
3155 +    {
3156 +      /* How much to read into this page? */
3157 +      size_t page_left = PGSIZE - pg_ofs (udst);
3158 +      size_t read_amt = size < page_left ? size : page_left;
3159 +      off_t retval;
3160 +
3161 +      /* Check that touching this page is okay. */
3162 +      if (!page_lock (udst, true)) 
3163 +        thread_exit ();
3164 +
3165 +      /* Read from file into page. */
3166 +      if (handle != STDIN_FILENO) 
3167 +        {
3168 +          retval = file_read (fd->file, udst, read_amt);
3169 +          if (retval < 0)
3170 +            {
3171 +              if (bytes_read == 0)
3172 +                bytes_read = -1; 
3173 +              break;
3174 +            }
3175 +          bytes_read += retval; 
3176 +        }
3177 +      else 
3178 +        {
3179 +          size_t i;
3180 +          
3181 +          for (i = 0; i < read_amt; i++) 
3182 +            udst[i] = input_getc ();
3183 +          bytes_read = read_amt;
3184 +        }
3185 +
3186 +      /* Release page. */
3187 +      page_unlock (udst);
3188 +
3189 +      /* If it was a short read we're done. */
3190 +      if (retval != (off_t) read_amt)
3191 +        break;
3192 +
3193 +      /* Advance. */
3194 +      udst += retval;
3195 +      size -= retval;
3196 +    }
3197 +   
3198 +  return bytes_read;
3199 +}
3200
3201 +/* Write system call. */
3202 +static int
3203 +sys_write (int handle, void *usrc_, unsigned size) 
3204 +{
3205 +  uint8_t *usrc = usrc_;
3206 +  struct file_descriptor *fd = NULL;
3207 +  int bytes_written = 0;
3208 +
3209 +  /* Lookup up file descriptor. */
3210 +  if (handle != STDOUT_FILENO)
3211 +    fd = lookup_file_fd (handle);
3212 +
3213 +  while (size > 0) 
3214 +    {
3215 +      /* How much bytes to write to this page? */
3216 +      size_t page_left = PGSIZE - pg_ofs (usrc);
3217 +      size_t write_amt = size < page_left ? size : page_left;
3218 +      off_t retval;
3219 +
3220 +      /* Check that we can touch this user page. */
3221 +      if (!page_lock (usrc, false)) 
3222 +        thread_exit ();
3223 +
3224 +      /* Do the write. */
3225 +      if (handle == STDOUT_FILENO)
3226 +        {
3227 +          putbuf ((char *) usrc, write_amt);
3228 +          retval = write_amt;
3229 +        }
3230 +      else
3231 +        retval = file_write (fd->file, usrc, write_amt);
3232 +
3233 +      /* Release user page. */
3234 +      page_unlock (usrc);
3235 +
3236 +      /* Handle return value. */
3237 +      if (retval < 0) 
3238 +        {
3239 +          if (bytes_written == 0)
3240 +            bytes_written = -1;
3241 +          break;
3242 +        }
3243 +      bytes_written += retval;
3244 +
3245 +      /* If it was a short write we're done. */
3246 +      if (retval != (off_t) write_amt)
3247 +        break;
3248 +
3249 +      /* Advance. */
3250 +      usrc += retval;
3251 +      size -= retval;
3252 +    }
3253
3254 +  return bytes_written;
3255 +}
3256
3257 +/* Seek system call. */
3258 +static int
3259 +sys_seek (int handle, unsigned position) 
3260 +{
3261 +  if ((off_t) position >= 0)
3262 +    file_seek (lookup_file_fd (handle)->file, position);
3263 +  return 0;
3264 +}
3265
3266 +/* Tell system call. */
3267 +static int
3268 +sys_tell (int handle) 
3269 +{
3270 +  return file_tell (lookup_file_fd (handle)->file);
3271 +}
3272
3273 +/* Close system call. */
3274 +static int
3275 +sys_close (int handle) 
3276 +{
3277 +  struct file_descriptor *fd = lookup_fd (handle);
3278 +  file_close (fd->file);
3279 +  dir_close (fd->dir);
3280 +  list_remove (&fd->elem);
3281 +  free (fd);
3282 +  return 0;
3283 +}
3284 +\f
3285 +/* Binds a mapping id to a region of memory and a file. */
3286 +struct mapping
3287 +  {
3288 +    struct list_elem elem;      /* List element. */
3289 +    int handle;                 /* Mapping id. */
3290 +    struct file *file;          /* File. */
3291 +    uint8_t *base;              /* Start of memory mapping. */
3292 +    size_t page_cnt;            /* Number of pages mapped. */
3293 +  };
3294 +
3295 +/* Returns the file descriptor associated with the given handle.
3296 +   Terminates the process if HANDLE is not associated with a
3297 +   memory mapping. */
3298 +static struct mapping *
3299 +lookup_mapping (int handle) 
3300 +{
3301 +  struct thread *cur = thread_current ();
3302 +  struct list_elem *e;
3303 +   
3304 +  for (e = list_begin (&cur->mappings); e != list_end (&cur->mappings);
3305 +       e = list_next (e))
3306 +    {
3307 +      struct mapping *m = list_entry (e, struct mapping, elem);
3308 +      if (m->handle == handle)
3309 +        return m;
3310 +    }
3311
3312 +  thread_exit ();
3313 +}
3314 +
3315 +/* Remove mapping M from the virtual address space,
3316 +   writing back any pages that have changed. */
3317 +static void
3318 +unmap (struct mapping *m) 
3319 +{
3320 +  list_remove (&m->elem);
3321 +  while (m->page_cnt-- > 0) 
3322 +    {
3323 +      page_deallocate (m->base);
3324 +      m->base += PGSIZE;
3325 +    }
3326 +  file_close (m->file);
3327 +  free (m);
3328 +}
3329
3330 +/* Mmap system call. */
3331 +static int
3332 +sys_mmap (int handle, void *addr)
3333 +{
3334 +  struct file_descriptor *fd = lookup_file_fd (handle);
3335 +  struct mapping *m = malloc (sizeof *m);
3336 +  size_t offset;
3337 +  off_t length;
3338 +
3339 +  if (m == NULL || addr == NULL || pg_ofs (addr) != 0)
3340 +    return -1;
3341 +
3342 +  m->handle = thread_current ()->next_handle++;
3343 +  m->file = file_reopen (fd->file);
3344 +  if (m->file == NULL) 
3345 +    {
3346 +      free (m);
3347 +      return -1;
3348 +    }
3349 +  m->base = addr;
3350 +  m->page_cnt = 0;
3351 +  list_push_front (&thread_current ()->mappings, &m->elem);
3352 +
3353 +  offset = 0;
3354 +  length = file_length (m->file);
3355 +  while (length > 0)
3356 +    {
3357 +      struct page *p = page_allocate ((uint8_t *) addr + offset, false);
3358 +      if (p == NULL)
3359 +        {
3360 +          unmap (m);
3361 +          return -1;
3362 +        }
3363 +      p->private = false;
3364 +      p->file = m->file;
3365 +      p->file_offset = offset;
3366 +      p->file_bytes = length >= PGSIZE ? PGSIZE : length;
3367 +      offset += p->file_bytes;
3368 +      length -= p->file_bytes;
3369 +      m->page_cnt++;
3370 +    }
3371 +  
3372 +  return m->handle;
3373 +}
3374 +
3375 +/* Munmap system call. */
3376 +static int
3377 +sys_munmap (int mapping) 
3378 +{
3379 +  unmap (lookup_mapping (mapping));
3380 +  return 0;
3381 +}
3382 +
3383 +/* Chdir system call. */
3384 +static int
3385 +sys_chdir (const char *udir) 
3386 +{
3387 +  char *kdir = copy_in_string (udir);
3388 +  bool ok = filesys_chdir (kdir);
3389 +  palloc_free_page (kdir);
3390 +  return ok;
3391 +}
3392 +
3393 +/* Mkdir system call. */
3394 +static int
3395 +sys_mkdir (const char *udir)
3396 +{
3397 +  char *kdir = copy_in_string (udir);
3398 +  bool ok = filesys_create (kdir, 0, DIR_INODE);
3399 +  palloc_free_page (kdir);
3400
3401 +  return ok;
3402 +}
3403 +
3404 +/* Readdir system call. */
3405 +static int
3406 +sys_readdir (int handle, char *uname)
3407 +{
3408 +  struct file_descriptor *fd = lookup_dir_fd (handle);
3409 +  char name[NAME_MAX + 1];
3410 +  bool ok = dir_readdir (fd->dir, name);
3411 +  if (ok)
3412 +    copy_out (uname, name, strlen (name) + 1);
3413 +  return ok;
3414 +}
3415 +
3416 +/* Isdir system call. */
3417 +static int
3418 +sys_isdir (int handle)
3419 +{
3420 +  struct file_descriptor *fd = lookup_fd (handle);
3421 +  return fd->dir != NULL;
3422 +}
3423 +
3424 +/* Inumber system call. */
3425 +static int
3426 +sys_inumber (int handle)
3427 +{
3428 +  struct file_descriptor *fd = lookup_fd (handle);
3429 +  struct inode *inode = (fd->file 
3430 +                         ? file_get_inode (fd->file)
3431 +                         : dir_get_inode (fd->dir));
3432 +  return inode_get_inumber (inode);
3433 +}
3434 +\f 
3435 +/* On thread exit, close all open files and unmap all mappings. */
3436 +void
3437 +syscall_exit (void) 
3438 +{
3439 +  struct thread *cur = thread_current ();
3440 +  struct list_elem *e, *next;
3441 +   
3442 +  for (e = list_begin (&cur->fds); e != list_end (&cur->fds); e = next)
3443 +    {
3444 +      struct file_descriptor *fd = list_entry (e, struct file_descriptor, elem);
3445 +      next = list_next (e);
3446 +      file_close (fd->file);
3447 +      dir_close (fd->dir);
3448 +      free (fd);
3449 +    }
3450 +   
3451 +  for (e = list_begin (&cur->mappings); e != list_end (&cur->mappings);
3452 +       e = next)
3453 +    {
3454 +      struct mapping *m = list_entry (e, struct mapping, elem);
3455 +      next = list_next (e);
3456 +      unmap (m);
3457 +    }
3458 +
3459 +  dir_close (cur->wd);
3460 +}
3461 Index: src/userprog/syscall.h
3462 diff -u src/userprog/syscall.h~ src/userprog/syscall.h
3463 --- src/userprog/syscall.h~
3464 +++ src/userprog/syscall.h
3465 @@ -2,5 +2,6 @@
3466  #define USERPROG_SYSCALL_H
3467  
3468  void syscall_init (void);
3469 +void syscall_exit (void);
3470  
3471  #endif /* userprog/syscall.h */
3472 Index: src/vm/frame.c
3473 diff -u src/vm/frame.c~ src/vm/frame.c
3474 --- src/vm/frame.c~
3475 +++ src/vm/frame.c
3476 @@ -0,0 +1,161 @@
3477 +#include "vm/frame.h"
3478 +#include <stdio.h>
3479 +#include "vm/page.h"
3480 +#include "devices/timer.h"
3481 +#include "threads/init.h"
3482 +#include "threads/malloc.h"
3483 +#include "threads/palloc.h"
3484 +#include "threads/synch.h"
3485 +#include "threads/vaddr.h"
3486 +
3487 +static struct frame *frames;
3488 +static size_t frame_cnt;
3489 +
3490 +static struct lock scan_lock;
3491 +static size_t hand;
3492 +
3493 +/* Initialize the frame manager. */
3494 +void
3495 +frame_init (void) 
3496 +{
3497 +  void *base;
3498 +
3499 +  lock_init (&scan_lock);
3500 +  
3501 +  frames = malloc (sizeof *frames * ram_pages);
3502 +  if (frames == NULL)
3503 +    PANIC ("out of memory allocating page frames");
3504 +
3505 +  while ((base = palloc_get_page (PAL_USER)) != NULL) 
3506 +    {
3507 +      struct frame *f = &frames[frame_cnt++];
3508 +      lock_init (&f->lock);
3509 +      f->base = base;
3510 +      f->page = NULL;
3511 +    }
3512 +}
3513 +
3514 +/* Tries to allocate and lock a frame for PAGE.
3515 +   Returns the frame if successful, false on failure. */
3516 +static struct frame *
3517 +try_frame_alloc_and_lock (struct page *page) 
3518 +{
3519 +  size_t i;
3520 +
3521 +  lock_acquire (&scan_lock);
3522 +
3523 +  /* Find a free frame. */
3524 +  for (i = 0; i < frame_cnt; i++)
3525 +    {
3526 +      struct frame *f = &frames[i];
3527 +      if (!lock_try_acquire (&f->lock))
3528 +        continue;
3529 +      if (f->page == NULL) 
3530 +        {
3531 +          f->page = page;
3532 +          lock_release (&scan_lock);
3533 +          return f;
3534 +        } 
3535 +      lock_release (&f->lock);
3536 +    }
3537 +
3538 +  /* No free frame.  Find a frame to evict. */
3539 +  for (i = 0; i < frame_cnt * 2; i++) 
3540 +    {
3541 +      /* Get a frame. */
3542 +      struct frame *f = &frames[hand];
3543 +      if (++hand >= frame_cnt)
3544 +        hand = 0;
3545 +
3546 +      if (!lock_try_acquire (&f->lock))
3547 +        continue;
3548 +
3549 +      if (f->page == NULL) 
3550 +        {
3551 +          f->page = page;
3552 +          lock_release (&scan_lock);
3553 +          return f;
3554 +        } 
3555 +
3556 +      if (page_accessed_recently (f->page)) 
3557 +        {
3558 +          lock_release (&f->lock);
3559 +          continue;
3560 +        }
3561 +          
3562 +      lock_release (&scan_lock);
3563 +      
3564 +      /* Evict this frame. */
3565 +      if (!page_out (f->page))
3566 +        {
3567 +          lock_release (&f->lock);
3568 +          return NULL;
3569 +        }
3570 +
3571 +      f->page = page;
3572 +      return f;
3573 +    }
3574 +
3575 +  lock_release (&scan_lock);
3576 +  return NULL;
3577 +}
3578 +
3579 +/* Tries really hard to allocate and lock a frame for PAGE.
3580 +   Returns the frame if successful, false on failure. */
3581 +struct frame *
3582 +frame_alloc_and_lock (struct page *page) 
3583 +{
3584 +  size_t try;
3585 +
3586 +  for (try = 0; try < 3; try++) 
3587 +    {
3588 +      struct frame *f = try_frame_alloc_and_lock (page);
3589 +      if (f != NULL) 
3590 +        {
3591 +          ASSERT (lock_held_by_current_thread (&f->lock));
3592 +          return f; 
3593 +        }
3594 +      timer_msleep (1000);
3595 +    }
3596 +
3597 +  return NULL;
3598 +}
3599 +
3600 +/* Locks P's frame into memory, if it has one.
3601 +   Upon return, p->frame will not change until P is unlocked. */
3602 +void
3603 +frame_lock (struct page *p) 
3604 +{
3605 +  /* A frame can be asynchronously removed, but never inserted. */
3606 +  struct frame *f = p->frame;
3607 +  if (f != NULL) 
3608 +    {
3609 +      lock_acquire (&f->lock);
3610 +      if (f != p->frame)
3611 +        {
3612 +          lock_release (&f->lock);
3613 +          ASSERT (p->frame == NULL); 
3614 +        } 
3615 +    }
3616 +}
3617 +
3618 +/* Releases frame F for use by another page.
3619 +   F must be locked for use by the current process.
3620 +   Any data in F is lost. */
3621 +void
3622 +frame_free (struct frame *f)
3623 +{
3624 +  ASSERT (lock_held_by_current_thread (&f->lock));
3625 +          
3626 +  f->page = NULL;
3627 +  lock_release (&f->lock);
3628 +}
3629 +
3630 +/* Unlocks frame F, allowing it to be evicted.
3631 +   F must be locked for use by the current process. */
3632 +void
3633 +frame_unlock (struct frame *f) 
3634 +{
3635 +  ASSERT (lock_held_by_current_thread (&f->lock));
3636 +  lock_release (&f->lock);
3637 +}
3638 Index: src/vm/frame.h
3639 diff -u src/vm/frame.h~ src/vm/frame.h
3640 --- src/vm/frame.h~
3641 +++ src/vm/frame.h
3642 @@ -0,0 +1,23 @@
3643 +#ifndef VM_FRAME_H
3644 +#define VM_FRAME_H
3645 +
3646 +#include <stdbool.h>
3647 +#include "threads/synch.h"
3648 +
3649 +/* A physical frame. */
3650 +struct frame 
3651 +  {
3652 +    struct lock lock;           /* Prevent simultaneous access. */
3653 +    void *base;                 /* Kernel virtual base address. */
3654 +    struct page *page;          /* Mapped process page, if any. */
3655 +  };
3656 +
3657 +void frame_init (void);
3658 +
3659 +struct frame *frame_alloc_and_lock (struct page *);
3660 +void frame_lock (struct page *);
3661 +
3662 +void frame_free (struct frame *);
3663 +void frame_unlock (struct frame *);
3664 +
3665 +#endif /* vm/frame.h */
3666 Index: src/vm/page.c
3667 diff -u src/vm/page.c~ src/vm/page.c
3668 --- src/vm/page.c~
3669 +++ src/vm/page.c
3670 @@ -0,0 +1,294 @@
3671 +#include "vm/page.h"
3672 +#include <stdio.h>
3673 +#include <string.h>
3674 +#include "vm/frame.h"
3675 +#include "vm/swap.h"
3676 +#include "filesys/file.h"
3677 +#include "threads/malloc.h"
3678 +#include "threads/thread.h"
3679 +#include "userprog/pagedir.h"
3680 +#include "threads/vaddr.h"
3681 +
3682 +/* Maximum size of process stack, in bytes. */
3683 +#define STACK_MAX (1024 * 1024)
3684 +
3685 +/* Destroys a page, which must be in the current process's
3686 +   page table.  Used as a callback for hash_destroy(). */
3687 +static void
3688 +destroy_page (struct hash_elem *p_, void *aux UNUSED)
3689 +{
3690 +  struct page *p = hash_entry (p_, struct page, hash_elem);
3691 +  frame_lock (p);
3692 +  if (p->frame)
3693 +    frame_free (p->frame);
3694 +  free (p);
3695 +}
3696 +
3697 +
3698 +/* Destroys the current process's page table. */
3699 +void
3700 +page_exit (void) 
3701 +{
3702 +  struct hash *h = thread_current ()->pages;
3703 +  if (h != NULL)
3704 +    hash_destroy (h, destroy_page);
3705 +}
3706 +
3707 +/* Returns the page containing the given virtual ADDRESS,
3708 +   or a null pointer if no such page exists.
3709 +   Allocates stack pages as necessary. */
3710 +static struct page *
3711 +page_for_addr (const void *address) 
3712 +{
3713 +  if (address < PHYS_BASE) 
3714 +    {
3715 +      struct page p;
3716 +      struct hash_elem *e;
3717 +
3718 +      /* Find existing page. */
3719 +      p.addr = (void *) pg_round_down (address);
3720 +      e = hash_find (thread_current ()->pages, &p.hash_elem);
3721 +      if (e != NULL)
3722 +        return hash_entry (e, struct page, hash_elem);
3723 +
3724 +      /* No page.  Expand stack? */
3725 +      if (address >= PHYS_BASE - STACK_MAX
3726 +          && address >= thread_current ()->user_esp - 32)
3727 +        return page_allocate ((void *) address, false);
3728 +    }
3729 +  return NULL;
3730 +}
3731 +
3732 +/* Locks a frame for page P and pages it in.
3733 +   Returns true if successful, false on failure. */
3734 +static bool
3735 +do_page_in (struct page *p)
3736 +{
3737 +  /* Get a frame for the page. */
3738 +  p->frame = frame_alloc_and_lock (p);
3739 +  if (p->frame == NULL)
3740 +    return false;
3741 +
3742 +  /* Copy data into the frame. */
3743 +  if (p->sector != (disk_sector_t) -1) 
3744 +    {
3745 +      /* Get data from swap. */
3746 +      swap_in (p); 
3747 +    }
3748 +  else if (p->file != NULL) 
3749 +    {
3750 +      /* Get data from file. */
3751 +      off_t read_bytes = file_read_at (p->file, p->frame->base,
3752 +                                        p->file_bytes, p->file_offset);
3753 +      off_t zero_bytes = PGSIZE - read_bytes;
3754 +      memset (p->frame->base + read_bytes, 0, zero_bytes);
3755 +      if (read_bytes != p->file_bytes)
3756 +        printf ("bytes read (%"PROTd") != bytes requested (%"PROTd")\n",
3757 +                read_bytes, p->file_bytes);
3758 +    }
3759 +  else 
3760 +    {
3761 +      /* Provide all-zero page. */
3762 +      memset (p->frame->base, 0, PGSIZE);
3763 +    }
3764 +
3765 +  return true;
3766 +}
3767 +
3768 +/* Faults in the page containing FAULT_ADDR.
3769 +   Returns true if successful, false on failure. */
3770 +bool
3771 +page_in (void *fault_addr) 
3772 +{
3773 +  struct page *p;
3774 +  bool success;
3775 +
3776 +  /* Can't handle page faults without a hash table. */
3777 +  if (thread_current ()->pages == NULL) 
3778 +    return false;
3779 +
3780 +  p = page_for_addr (fault_addr);
3781 +  if (p == NULL) 
3782 +    return false; 
3783 +
3784 +  frame_lock (p);
3785 +  if (p->frame == NULL)
3786 +    {
3787 +      if (!do_page_in (p))
3788 +        return false;
3789 +    }
3790 +  ASSERT (lock_held_by_current_thread (&p->frame->lock));
3791 +    
3792 +  /* Install frame into page table. */
3793 +  success = pagedir_set_page (thread_current ()->pagedir, p->addr,
3794 +                              p->frame->base, !p->read_only);
3795 +
3796 +  /* Release frame. */
3797 +  frame_unlock (p->frame);
3798 +
3799 +  return success;
3800 +}
3801 +
3802 +/* Evicts page P.
3803 +   P must have a locked frame.
3804 +   Return true if successful, false on failure. */
3805 +bool
3806 +page_out (struct page *p) 
3807 +{
3808 +  bool dirty;
3809 +  bool ok;
3810 +
3811 +  ASSERT (p->frame != NULL);
3812 +  ASSERT (lock_held_by_current_thread (&p->frame->lock));
3813 +
3814 +  /* Mark page not present in page table, forcing accesses by the
3815 +     process to fault.  This must happen before checking the
3816 +     dirty bit, to prevent a race with the process dirtying the
3817 +     page. */
3818 +  pagedir_clear_page (p->thread->pagedir, p->addr);
3819 +
3820 +  /* Has the frame been modified? */
3821 +  dirty = pagedir_is_dirty (p->thread->pagedir, p->addr);
3822 +
3823 +  /* Write frame contents to disk if necessary. */
3824 +  if (p->file != NULL) 
3825 +    {
3826 +      if (dirty) 
3827 +        {
3828 +          if (p->private)
3829 +            ok = swap_out (p);
3830 +          else 
3831 +            ok = file_write_at (p->file, p->frame->base, p->file_bytes,
3832 +                                p->file_offset) == p->file_bytes;
3833 +        }
3834 +      else
3835 +        ok = true;
3836 +    }
3837 +  else
3838 +    ok = swap_out (p);
3839 +  if (ok) 
3840 +    {
3841 +      //memset (p->frame->base, 0xcc, PGSIZE);
3842 +      p->frame = NULL; 
3843 +    }
3844 +  return ok;
3845 +}
3846 +
3847 +/* Returns true if page P's data has been accessed recently,
3848 +   false otherwise.
3849 +   P must have a frame locked into memory. */
3850 +bool
3851 +page_accessed_recently (struct page *p) 
3852 +{
3853 +  bool was_accessed;
3854 +
3855 +  ASSERT (p->frame != NULL);
3856 +  ASSERT (lock_held_by_current_thread (&p->frame->lock));
3857 +
3858 +  was_accessed = pagedir_is_accessed (p->thread->pagedir, p->addr);
3859 +  if (was_accessed)
3860 +    pagedir_set_accessed (p->thread->pagedir, p->addr, false);
3861 +  return was_accessed;
3862 +}
3863 +
3864 +/* Adds a mapping for user virtual address VADDR to the page hash
3865 +   table.  Fails if VADDR is already mapped or if memory
3866 +   allocation fails. */
3867 +struct page *
3868 +page_allocate (void *vaddr, bool read_only)
3869 +{
3870 +  struct thread *t = thread_current ();
3871 +  struct page *p = malloc (sizeof *p);
3872 +  if (p != NULL) 
3873 +    {
3874 +      p->addr = pg_round_down (vaddr);
3875 +
3876 +      p->read_only = read_only;
3877 +      p->private = !read_only;
3878 +
3879 +      p->frame = NULL;
3880 +
3881 +      p->sector = (disk_sector_t) -1;
3882 +
3883 +      p->file = NULL;
3884 +      p->file_offset = 0;
3885 +      p->file_bytes = 0;
3886 +
3887 +      p->thread = thread_current ();
3888 +
3889 +      if (hash_insert (t->pages, &p->hash_elem) != NULL) 
3890 +        {
3891 +          /* Already mapped. */
3892 +          free (p);
3893 +          p = NULL;
3894 +        }
3895 +    }
3896 +  return p;
3897 +}
3898 +
3899 +/* Evicts the page containing address VADDR
3900 +   and removes it from the page table. */
3901 +void
3902 +page_deallocate (void *vaddr) 
3903 +{
3904 +  struct page *p = page_for_addr (vaddr);
3905 +  ASSERT (p != NULL);
3906 +  frame_lock (p);
3907 +  if (p->frame)
3908 +    {
3909 +      struct frame *f = p->frame;
3910 +      if (p->file && !p->private) 
3911 +        page_out (p); 
3912 +      frame_free (f);
3913 +    }
3914 +  hash_delete (thread_current ()->pages, &p->hash_elem);
3915 +  free (p);
3916 +}
3917 +
3918 +/* Returns a hash value for the page that E refers to. */
3919 +unsigned
3920 +page_hash (const struct hash_elem *e, void *aux UNUSED) 
3921 +{
3922 +  const struct page *p = hash_entry (e, struct page, hash_elem);
3923 +  return ((uintptr_t) p->addr) >> PGBITS;
3924 +}
3925 +
3926 +/* Returns true if page A precedes page B. */
3927 +bool
3928 +page_less (const struct hash_elem *a_, const struct hash_elem *b_,
3929 +           void *aux UNUSED) 
3930 +{
3931 +  const struct page *a = hash_entry (a_, struct page, hash_elem);
3932 +  const struct page *b = hash_entry (b_, struct page, hash_elem);
3933 +  
3934 +  return a->addr < b->addr;
3935 +}
3936 +
3937 +/* Tries to lock the page containing ADDR into physical memory.
3938 +   If WILL_WRITE is true, the page must be writeable;
3939 +   otherwise it may be read-only.
3940 +   Returns true if successful, false on failure. */
3941 +bool
3942 +page_lock (const void *addr, bool will_write) 
3943 +{
3944 +  struct page *p = page_for_addr (addr);
3945 +  if (p == NULL || (p->read_only && will_write))
3946 +    return false;
3947 +  
3948 +  frame_lock (p);
3949 +  if (p->frame == NULL)
3950 +    return (do_page_in (p)
3951 +            && pagedir_set_page (thread_current ()->pagedir, p->addr,
3952 +                                 p->frame->base, !p->read_only)); 
3953 +  else
3954 +    return true;
3955 +}
3956 +
3957 +/* Unlocks a page locked with page_lock(). */
3958 +void
3959 +page_unlock (const void *addr) 
3960 +{
3961 +  struct page *p = page_for_addr (addr);
3962 +  ASSERT (p != NULL);
3963 +  frame_unlock (p->frame);
3964 +}
3965 Index: src/vm/page.h
3966 diff -u src/vm/page.h~ src/vm/page.h
3967 --- src/vm/page.h~
3968 +++ src/vm/page.h
3969 @@ -0,0 +1,50 @@
3970 +#ifndef VM_PAGE_H
3971 +#define VM_PAGE_H
3972 +
3973 +#include <hash.h>
3974 +#include "devices/disk.h"
3975 +#include "filesys/off_t.h"
3976 +#include "threads/synch.h"
3977 +
3978 +/* Virtual page. */
3979 +struct page 
3980 +  {
3981 +    /* Immutable members. */
3982 +    void *addr;                 /* User virtual address. */
3983 +    bool read_only;             /* Read-only page? */
3984 +    struct thread *thread;      /* Owning thread. */
3985 +
3986 +    /* Accessed only in owning process context. */
3987 +    struct hash_elem hash_elem; /* struct thread `pages' hash element. */
3988 +
3989 +    /* Set only in owning process context with frame->frame_lock held.
3990 +       Cleared only with scan_lock and frame->frame_lock held. */
3991 +    struct frame *frame;        /* Page frame. */
3992 +
3993 +    /* Swap information, protected by frame->frame_lock. */
3994 +    disk_sector_t sector;       /* Starting sector of swap area, or -1. */
3995 +    
3996 +    /* Memory-mapped file information, protected by frame->frame_lock. */
3997 +    bool private;               /* False to write back to file,
3998 +                                   true to write back to swap. */
3999 +    struct file *file;          /* File. */
4000 +    off_t file_offset;          /* Offset in file. */
4001 +    off_t file_bytes;           /* Bytes to read/write, 1...PGSIZE. */
4002 +  };
4003 +
4004 +void page_exit (void);
4005 +
4006 +struct page *page_allocate (void *, bool read_only);
4007 +void page_deallocate (void *vaddr);
4008 +
4009 +bool page_in (void *fault_addr);
4010 +bool page_out (struct page *);
4011 +bool page_accessed_recently (struct page *);
4012 +
4013 +bool page_lock (const void *, bool will_write);
4014 +void page_unlock (const void *);
4015 +
4016 +hash_hash_func page_hash;
4017 +hash_less_func page_less;
4018 +
4019 +#endif /* vm/page.h */
4020 Index: src/vm/swap.c
4021 diff -u src/vm/swap.c~ src/vm/swap.c
4022 --- src/vm/swap.c~
4023 +++ src/vm/swap.c
4024 @@ -0,0 +1,85 @@
4025 +#include "vm/swap.h"
4026 +#include <bitmap.h>
4027 +#include <debug.h>
4028 +#include <stdio.h>
4029 +#include "vm/frame.h"
4030 +#include "vm/page.h"
4031 +#include "devices/disk.h"
4032 +#include "threads/synch.h"
4033 +#include "threads/vaddr.h"
4034 +
4035 +/* The swap disk. */
4036 +static struct disk *swap_disk;
4037 +
4038 +/* Used swap pages. */
4039 +static struct bitmap *swap_bitmap;
4040 +
4041 +/* Protects swap_bitmap. */
4042 +static struct lock swap_lock;
4043 +
4044 +/* Number of sectors per page. */
4045 +#define PAGE_SECTORS (PGSIZE / DISK_SECTOR_SIZE)
4046 +
4047 +/* Sets up swap. */
4048 +void
4049 +swap_init (void) 
4050 +{
4051 +  swap_disk = disk_get (1, 1);
4052 +  if (swap_disk == NULL) 
4053 +    {
4054 +      printf ("no swap disk--swap disabled\n");
4055 +      swap_bitmap = bitmap_create (0);
4056 +    }
4057 +  else
4058 +    swap_bitmap = bitmap_create (disk_size (swap_disk) / PAGE_SECTORS);
4059 +  if (swap_bitmap == NULL)
4060 +    PANIC ("couldn't create swap bitmap");
4061 +  lock_init (&swap_lock);
4062 +}
4063 +
4064 +/* Swaps in page P, which must have a locked frame
4065 +   (and be swapped out). */
4066 +void
4067 +swap_in (struct page *p) 
4068 +{
4069 +  size_t i;
4070 +  
4071 +  ASSERT (p->frame != NULL);
4072 +  ASSERT (lock_held_by_current_thread (&p->frame->lock));
4073 +  ASSERT (p->sector != (disk_sector_t) -1);
4074 +
4075 +  for (i = 0; i < PAGE_SECTORS; i++)
4076 +    disk_read (swap_disk, p->sector + i,
4077 +               p->frame->base + i * DISK_SECTOR_SIZE);
4078 +  bitmap_reset (swap_bitmap, p->sector / PAGE_SECTORS);
4079 +  p->sector = (disk_sector_t) -1;
4080 +}
4081 +
4082 +/* Swaps out page P, which must have a locked frame. */
4083 +bool
4084 +swap_out (struct page *p) 
4085 +{
4086 +  size_t slot;
4087 +  size_t i;
4088 +
4089 +  ASSERT (p->frame != NULL);
4090 +  ASSERT (lock_held_by_current_thread (&p->frame->lock));
4091 +
4092 +  lock_acquire (&swap_lock);
4093 +  slot = bitmap_scan_and_flip (swap_bitmap, 0, 1, false);
4094 +  lock_release (&swap_lock);
4095 +  if (slot == BITMAP_ERROR) 
4096 +    return false; 
4097 +
4098 +  p->sector = slot * PAGE_SECTORS;
4099 +  for (i = 0; i < PAGE_SECTORS; i++)
4100 +    disk_write (swap_disk, p->sector + i,
4101 +                p->frame->base + i * DISK_SECTOR_SIZE);
4102 +  
4103 +  p->private = false;
4104 +  p->file = NULL;
4105 +  p->file_offset = 0;
4106 +  p->file_bytes = 0;
4107 +
4108 +  return true;
4109 +}
4110 Index: src/vm/swap.h
4111 diff -u src/vm/swap.h~ src/vm/swap.h
4112 --- src/vm/swap.h~
4113 +++ src/vm/swap.h
4114 @@ -0,0 +1,11 @@
4115 +#ifndef VM_SWAP_H
4116 +#define VM_SWAP_H 1
4117 +
4118 +#include <stdbool.h>
4119 +
4120 +struct page;
4121 +void swap_init (void);
4122 +void swap_in (struct page *);
4123 +bool swap_out (struct page *);
4124 +
4125 +#endif /* vm/swap.h */