pintos-os.org Git - pintos-anon/blob - src/threads/init.c

   1 #include "threads/init.h"
   2 #include <console.h>
   3 #include <debug.h>
   4 #include <limits.h>
   5 #include <random.h>
   6 #include <stddef.h>
   7 #include <stdint.h>
   8 #include <stdio.h>
   9 #include <stdlib.h>
  10 #include <string.h>
  11 #include "devices/kbd.h"
  12 #include "devices/serial.h"
  13 #include "devices/timer.h"
  14 #include "devices/vga.h"
  15 #include "threads/interrupt.h"
  16 #include "threads/io.h"
  17 #include "threads/loader.h"
  18 #include "threads/malloc.h"
  19 #include "threads/mmu.h"
  20 #include "threads/palloc.h"
  21 #include "threads/test.h"
  22 #include "threads/thread.h"
  23 #ifdef USERPROG
  24 #include "userprog/process.h"
  25 #include "userprog/exception.h"
  26 #include "userprog/gdt.h"
  27 #include "userprog/syscall.h"
  28 #include "userprog/tss.h"
  29 #endif
  30 #ifdef FILESYS
  31 #include "devices/disk.h"
  32 #include "filesys/filesys.h"
  33 #include "filesys/fsutil.h"
  34 #endif
  35
  36 /* Amount of physical memory, in 4 kB pages. */
  37 size_t ram_pages;
  38
  39 /* Page directory with kernel mappings only. */
  40 uint32_t *base_page_dir;
  41
  42 /* -o mlfqs:
  43    If false (default), use round-robin scheduler.
  44    If true, use multi-level feedback queue scheduler. */
  45 bool enable_mlfqs;
  46
  47 #ifdef USERPROG
  48 /* -ex: Initial program to run. */
  49 static char *initial_program;
  50 #endif
  51
  52 #ifdef VM
  53 /* -o random-paging:
  54    If false (default), use LRU page replacement policy.
  55    If true, use random page replacement policy. */
  56 bool enable_random_paging;
  57 #endif
  58
  59 #ifdef FILESYS
  60 /* -f: Format the filesystem? */
  61 static bool format_filesys;
  62 #endif
  63
  64 /* -q: Power off after kernel tasks complete? */
  65 bool power_off_when_done;
  66
  67 static void ram_init (void);
  68 static void paging_init (void);
  69 static void argv_init (void);
  70 static void print_stats (void);
  71
  72 int main (void) NO_RETURN;
  73
  74 int
  75 main (void)
  76 {
  77   /* Clear BSS and get machine's RAM size. */
  78   ram_init ();
  79
  80   /* Initialize ourselves as a thread so we can use locks. */
  81   thread_init ();
  82
  83   /* Initialize the console so we can use printf(). */
  84   vga_init ();
  85   serial_init_poll ();
  86   console_init ();
  87
  88   /* Greet user. */
  89   printf ("Pintos booting with %'zu kB RAM...\n", ram_pages * PGSIZE / 1024);
  90
  91   /* Parse command line. */
  92   argv_init ();
  93
  94   /* Initialize memory system. */
  95   palloc_init ();
  96   malloc_init ();
  97   paging_init ();
  98
  99   /* Segmentation. */
 100 #ifdef USERPROG
 101   tss_init ();
 102   gdt_init ();
 103 #endif
 104
 105   /* Set random seed if argv_init() didn't. */
 106   random_init (0);
 107
 108   /* Initialize interrupt handlers. */
 109   intr_init ();
 110   timer_init ();
 111   kbd_init ();
 112 #ifdef USERPROG
 113   exception_init ();
 114   syscall_init ();
 115 #endif
 116
 117   /* Start thread scheduler and enable interrupts. */
 118   thread_start ();
 119   serial_init_queue ();
 120   timer_calibrate ();
 121
 122 #ifdef FILESYS
 123   /* Initialize filesystem. */
 124   disk_init ();
 125   filesys_init (format_filesys);
 126   fsutil_run ();
 127 #endif
 128
 129   printf ("Boot complete.\n");
 130
 131 #ifdef USERPROG
 132   /* Run a user program. */
 133   if (initial_program != NULL)
 134     {
 135       printf ("\nExecuting '%s':\n", initial_program);
 136       process_wait (process_execute (initial_program));
 137     }
 138 #else
 139   /* Run the compiled-in test function. */
 140   test ();
 141 #endif
 142
 143   /* Finish up. */
 144   if (power_off_when_done)
 145     power_off ();
 146   else
 147     thread_exit ();
 148 }
 149 \f
 150 /* Clear BSS and obtain RAM size from loader. */
 151 static void
 152 ram_init (void)
 153 {
 154   /* The "BSS" is a segment that should be initialized to zeros.
 155      It isn't actually stored on disk or zeroed by the kernel
 156      loader, so we have to zero it ourselves.
 157
 158      The start and end of the BSS segment is recorded by the
 159      linker as _start_bss and _end_bss.  See kernel.lds. */
 160   extern char _start_bss, _end_bss;
 161   memset (&_start_bss, 0, &_end_bss - &_start_bss);
 162
 163   /* Get RAM size from loader.  See loader.S. */
 164   ram_pages = *(uint32_t *) ptov (LOADER_RAM_PAGES);
 165 }
 166
 167 /* Populates the base page directory and page table with the
 168    kernel virtual mapping, and then sets up the CPU to use the
 169    new page directory.  Points base_page_dir to the page
 170    directory it creates.
 171
 172    At the time this function is called, the active page table
 173    (set up by loader.S) only maps the first 4 MB of RAM, so we
 174    should not try to use extravagant amounts of memory.
 175    Fortunately, there is no need to do so. */
 176 static void
 177 paging_init (void)
 178 {
 179   uint32_t *pd, *pt;
 180   size_t page;
 181
 182   pd = base_page_dir = palloc_get_page (PAL_ASSERT | PAL_ZERO);
 183   pt = NULL;
 184   for (page = 0; page < ram_pages; page++)
 185     {
 186       uintptr_t paddr = page * PGSIZE;
 187       void *vaddr = ptov (paddr);
 188       size_t pde_idx = pd_no (vaddr);
 189       size_t pte_idx = pt_no (vaddr);
 190
 191       if (pd[pde_idx] == 0)
 192         {
 193           pt = palloc_get_page (PAL_ASSERT | PAL_ZERO);
 194           pd[pde_idx] = pde_create (pt);
 195         }
 196
 197       pt[pte_idx] = pte_create_kernel (vaddr, true);
 198     }
 199
 200   /* Store the physical address of the page directory into CR3
 201      aka PDBR (page directory base register).  This activates our
 202      new page tables immediately.  See [IA32-v2a] "MOV--Move
 203      to/from Control Registers" and [IA32-v3] 3.7.5. */
 204   asm volatile ("mov %%cr3, %0" :: "r" (vtop (base_page_dir)));
 205 }
 206
 207 /* Parses the command line. */
 208 static void
 209 argv_init (void)
 210 {
 211   char *cmd_line, *pos;
 212   char *argv[LOADER_CMD_LINE_LEN / 2 + 2];
 213   int argc = 0;
 214   int i;
 215
 216   /* The command line is made up of null terminated strings
 217      followed by an empty string.  Break it up into words. */
 218   cmd_line = pos = ptov (LOADER_CMD_LINE);
 219   printf ("Kernel command line:");
 220   while (pos < cmd_line + LOADER_CMD_LINE_LEN)
 221     {
 222       ASSERT (argc < LOADER_CMD_LINE_LEN / 2);
 223       if (*pos == '\0')
 224         break;
 225       argv[argc++] = pos;
 226       printf (" %s", pos);
 227       pos = strchr (pos, '\0') + 1;
 228     }
 229   printf ("\n");
 230   argv[argc] = "";
 231   argv[argc + 1] = "";
 232
 233   /* Parse the words. */
 234   for (i = 0; i < argc; i++)
 235     if (!strcmp (argv[i], "-o"))
 236       {
 237         i++;
 238         if (!strcmp (argv[i], "mlfqs"))
 239           enable_mlfqs = true;
 240 #ifdef VM
 241         else if (!strcmp (argv[i], "random-paging"))
 242           enable_random_paging = true;
 243 #endif
 244         else
 245           PANIC ("unknown option `-o %s' (use -u for help)", argv[i]);
 246       }
 247     else if (!strcmp (argv[i], "-rs"))
 248       random_init (atoi (argv[++i]));
 249     else if (!strcmp (argv[i], "-q"))
 250       power_off_when_done = true;
 251 #ifdef USERPROG
 252     else if (!strcmp (argv[i], "-ex"))
 253       initial_program = argv[++i];
 254     else if (!strcmp (argv[i], "-ul"))
 255       user_page_limit = atoi (argv[++i]);
 256 #endif
 257 #ifdef FILESYS
 258     else if (!strcmp (argv[i], "-f"))
 259       format_filesys = true;
 260     else if (!strcmp (argv[i], "-ci"))
 261       {
 262         fsutil_copyin_file = argv[++i];
 263         fsutil_copyin_size = atoi (argv[++i]);
 264       }
 265     else if (!strcmp (argv[i], "-co"))
 266       fsutil_copyout_file = argv[++i];
 267     else if (!strcmp (argv[i], "-p"))
 268       fsutil_print_file = argv[++i];
 269     else if (!strcmp (argv[i], "-r"))
 270       fsutil_remove_file = argv[++i];
 271     else if (!strcmp (argv[i], "-ls"))
 272       fsutil_list_files = true;
 273 #endif
 274     else if (!strcmp (argv[i], "-u"))
 275       {
 276         printf (
 277           "Kernel options:\n"
 278           " -o mlfqs            Use multi-level feedback queue scheduler.\n"
 279 #ifdef USERPROG
 280           " -ex 'PROG [ARG...]' Run PROG, passing the optional arguments.\n"
 281           " -ul USER_MAX        Limit user memory to USER_MAX pages.\n"
 282 #endif
 283 #ifdef VM
 284           " -o random-paging    Use random page replacement policy.\n"
 285 #endif
 286 #ifdef FILESYS
 287           " -f                  Format the filesystem disk (hdb or hd0:1).\n"
 288           " -ci FILE SIZE       Copy SIZE bytes from the scratch disk (hdc\n"
 289           "                     or hd1:0) into the filesystem as FILE.\n"
 290           " -co FILE            Copy FILE to the scratch disk, with\n"
 291           "                     size at start of sector 0 and data after.\n"
 292           " -p FILE             Print the contents of FILE.\n"
 293           " -r FILE             Delete FILE.\n"
 294           " -ls                 List files in the root directory.\n"
 295 #endif
 296           " -rs SEED            Set random seed to SEED.\n"
 297           " -q                  Power off after doing requested actions.\n"
 298           " -u                  Print this help message and power off.\n"
 299           );
 300         power_off ();
 301       }
 302     else
 303       PANIC ("unknown option `%s' (use -u for help)", argv[i]);
 304 }
 305
 306 /* Powers down the machine we're running on,
 307    as long as we're running on Bochs or qemu. */
 308 void
 309 power_off (void)
 310 {
 311   const char s[] = "Shutdown";
 312   const char *p;
 313
 314 #ifdef FILESYS
 315   filesys_done ();
 316 #endif
 317
 318   print_stats ();
 319
 320   printf ("Powering off...\n");
 321   serial_flush ();
 322
 323   for (p = s; *p != '\0'; p++)
 324     outb (0x8900, *p);
 325   for (;;);
 326 }
 327
 328 /* Print statistics about Pintos execution. */
 329 static void
 330 print_stats (void)
 331 {
 332   timer_print_stats ();
 333   thread_print_stats ();
 334 #ifdef FILESYS
 335   disk_print_stats ();
 336 #endif
 337   console_print_stats ();
 338   kbd_print_stats ();
 339 #ifdef USERPROG
 340   exception_print_stats ();
 341 #endif
 342 }