Update message.
[pintos-anon] / src / threads / init.c
index f2476124da7d2a0a7a597d312da5715cb1985943..55a8cbb5f363f9f140149bedc7fd90f8a74a3178 100644 (file)
-#include "init.h"
-#include <stdint.h>
-#include <stddef.h>
+#include "threads/init.h"
+#include <console.h>
+#include <debug.h>
 #include <limits.h>
-#include "debug.h"
-#include "interrupt.h"
-#include "io.h"
-#include "kbd.h"
-#include "lib.h"
-#include "malloc.h"
-#include "mmu.h"
-#include "paging.h"
-#include "palloc.h"
-#include "random.h"
-#include "serial.h"
-#include "thread.h"
-#include "timer.h"
-#include "vga.h"
+#include <random.h>
+#include <stddef.h>
+#include <stdint.h>
+#include <stdio.h>
+#include <stdlib.h>
+#include <string.h>
+#include "devices/kbd.h"
+#include "devices/serial.h"
+#include "devices/timer.h"
+#include "devices/vga.h"
+#include "threads/interrupt.h"
+#include "threads/io.h"
+#include "threads/loader.h"
+#include "threads/malloc.h"
+#include "threads/mmu.h"
+#include "threads/palloc.h"
+#include "threads/test.h"
+#include "threads/thread.h"
+#ifdef USERPROG
+#include "userprog/process.h"
+#include "userprog/exception.h"
+#include "userprog/gdt.h"
+#include "userprog/syscall.h"
+#include "userprog/tss.h"
+#endif
 #ifdef FILESYS
-#include "filesys.h"
+#include "devices/disk.h"
+#include "filesys/filesys.h"
+#include "filesys/fsutil.h"
 #endif
 
-/* Size of kernel static code and data, in 4 kB pages. */
-size_t kernel_pages;
-
 /* Amount of physical memory, in 4 kB pages. */
 size_t ram_pages;
 
-static void gdt_init (void);
-void power_off (void);
+/* Page directory with kernel mappings only. */
+uint32_t *base_page_dir;
 
-static void
-main_thread (void *aux UNUSED) 
-{
-  thread_execute ("a.out");
-}
+#ifdef FILESYS
+/* -f: Format the filesystem? */
+static bool format_filesys;
+#endif
+
+#ifdef USERPROG
+/* -ex: Initial program to run. */
+static char *initial_program;
+#endif
+
+/* -q: Power off after kernel tasks complete? */
+bool power_off_when_done;
+
+static void ram_init (void);
+static void paging_init (void);
+static void argv_init (void);
+static void print_stats (void);
+
+int main (void) NO_RETURN;
 
 int
 main (void)
 {
-  extern char _text, _end, __bss_start;
-  struct thread *t;
+  /* Clear BSS and get machine's RAM size. */  
+  ram_init ();
 
-  /* Clear out the BSS segment. */
-  memset (&__bss_start, 0, &_end - &__bss_start);
+  /* Initialize ourselves as a thread so we can use locks. */
+  thread_init ();
 
+  /* Initialize the console so we can use printf(). */
   vga_init ();
-  serial_init ();
+  serial_init_poll ();
+  console_init ();
 
-  /* Calculate how much RAM the kernel uses, and find out from
-     the bootloader how much RAM this machine has. */
-  kernel_pages = (&_end - &_text + 4095) / 4096;
-  ram_pages = *(uint32_t *) (0x7e00 - 8);
+  /* Greet user. */
+  printf ("Pintos booting with %'zu kB RAM...\n", ram_pages * PGSIZE / 1024);
 
-  printk ("Initializing nachos-x86, %d kB RAM detected.\n",
-          ram_pages * 4);
+  /* Parse command line. */
+  argv_init ();
 
-  /* Memory from the end of the kernel through the end of memory
-     is free.  Give it to the page allocator. */
-  palloc_init ((void *) (KERN_BASE + kernel_pages * PGSIZE),
-               (void *) (PHYS_BASE + ram_pages * PGSIZE));
+  /* Initialize memory system. */
+  palloc_init ();
+  malloc_init ();
   paging_init ();
+
+  /* Segmentation. */
+#ifdef USERPROG
+  tss_init ();
   gdt_init ();
+#endif
 
-  malloc_init ();
-  random_init ();
+  /* Set random seed if argv_init() didn't. */
+  random_init (0);
 
+  /* Initialize interrupt handlers. */
   intr_init ();
   timer_init ();
   kbd_init ();
+#ifdef USERPROG
+  exception_init ();
+  syscall_init ();
+#endif
+
+  /* Start thread scheduler and enable interrupts. */
+  thread_start ();
+  serial_init_queue ();
+  timer_calibrate ();
 
 #ifdef FILESYS
-  filesys_init (false);
+  /* Initialize filesystem. */
+  disk_init ();
+  filesys_init (format_filesys);
+  fsutil_run ();
 #endif
 
-  thread_init ();
-
-  t = thread_create ("main", main_thread, NULL);
-  thread_start (t);
+  printf ("Boot complete.\n");
+  
+#ifdef USERPROG
+  /* Run a user program. */
+  if (initial_program != NULL)
+    {
+      printf ("\nExecuting '%s':\n", initial_program);
+      process_wait (process_execute (initial_program));
+    }
+#else
+  /* Run the compiled-in test function. */
+  test ();
+#endif
 
-  printk ("Done!\n");
-  return 0;
+  /* Finish up. */
+  if (power_off_when_done) 
+    power_off ();
+  else 
+    thread_exit ();
 }
-
-static uint64_t
-make_seg_desc (uint32_t base,
-               uint32_t limit,
-               enum seg_system system,
-               enum seg_type type,
-               int dpl,
-               enum seg_granularity granularity)
+\f
+/* Clear BSS and obtain RAM size from loader. */
+static void
+ram_init (void) 
 {
-  uint32_t e0 = ((limit & 0xffff)             /* Limit 15:0. */
-                 | (base << 16));             /* Base 15:0. */
-  uint32_t e1 = (((base >> 16) & 0xff)        /* Base 23:16. */
-                 | (system << 12)             /* 0=system, 1=code/data. */
-                 | (type << 8)                /* Segment type. */
-                 | (dpl << 13)                /* Descriptor privilege. */
-                 | (1 << 15)                  /* Present. */
-                 | (limit & 0xf0000)          /* Limit 16:19. */
-                 | (1 << 22)                  /* 32-bit segment. */
-                 | (granularity << 23)        /* Byte/page granularity. */
-                 | (base & 0xff000000));      /* Base 31:24. */
-  return e0 | ((uint64_t) e1 << 32);
-}
+  /* The "BSS" is a segment that should be initialized to zeros.
+     It isn't actually stored on disk or zeroed by the kernel
+     loader, so we have to zero it ourselves.
 
-static uint64_t
-make_code_desc (int dpl)
-{
-  return make_seg_desc (0, 0xfffff, SYS_CODE_DATA, TYPE_CODE | TYPE_READABLE,
-                        dpl, GRAN_PAGE);
-}
+     The start and end of the BSS segment is recorded by the
+     linker as _start_bss and _end_bss.  See kernel.lds. */
+  extern char _start_bss, _end_bss;
+  memset (&_start_bss, 0, &_end_bss - &_start_bss);
 
-static uint64_t
-make_data_desc (int dpl)
-{
-  return make_seg_desc (0, 0xfffff, SYS_CODE_DATA, TYPE_WRITABLE,
-                        dpl, GRAN_PAGE);
+  /* Get RAM size from loader.  See loader.S. */
+  ram_pages = *(uint32_t *) ptov (LOADER_RAM_PAGES);
 }
 
-static uint64_t
-make_tss_desc (void *vaddr)
+/* Populates the base page directory and page table with the
+   kernel virtual mapping, and then sets up the CPU to use the
+   new page directory.  Points base_page_dir to the page
+   directory it creates.
+
+   At the time this function is called, the active page table
+   (set up by loader.S) only maps the first 4 MB of RAM, so we
+   should not try to use extravagant amounts of memory.
+   Fortunately, there is no need to do so. */
+static void
+paging_init (void)
 {
-  return make_seg_desc ((uint32_t) vaddr,
-                        0x67, SYS_SYSTEM, TYPE_TSS_32_A, 0, GRAN_BYTE);
-}
+  uint32_t *pd, *pt;
+  size_t page;
+
+  pd = base_page_dir = palloc_get_page (PAL_ASSERT | PAL_ZERO);
+  pt = NULL;
+  for (page = 0; page < ram_pages; page++) 
+    {
+      uintptr_t paddr = page * PGSIZE;
+      void *vaddr = ptov (paddr);
+      size_t pde_idx = pd_no (vaddr);
+      size_t pte_idx = pt_no (vaddr);
 
-uint64_t gdt[SEL_CNT];
+      if (pd[pde_idx] == 0)
+        {
+          pt = palloc_get_page (PAL_ASSERT | PAL_ZERO);
+          pd[pde_idx] = pde_create (pt);
+        }
 
-struct tss *tss;
+      pt[pte_idx] = pte_create_kernel (vaddr, true);
+    }
+
+  /* Store the physical address of the page directory into CR3
+     aka PDBR (page directory base register).  This activates our
+     new page tables immediately.  See [IA32-v2a] "MOV--Move
+     to/from Control Registers" and [IA32-v3] 3.7.5. */
+  asm volatile ("mov %%cr3, %0" :: "r" (vtop (base_page_dir)));
+}
 
-/* Sets up a proper GDT.  The bootstrap loader's GDT didn't
-   include user-mode selectors or a TSS. */
+/* Parses the command line. */
 static void
-gdt_init (void)
+argv_init (void) 
 {
-  uint64_t gdtr_operand;
-
-  /* Our TSS is never used in a call gate or task gate, so only a
-     few fields of it are ever referenced, and those are the only
-     ones we initialize. */
-  tss = palloc_get (PAL_ASSERT | PAL_ZERO);
-  tss->esp0 = (uint32_t) ptov(0x20000);
-  tss->ss0 = SEL_KDSEG;
-  tss->bitmap = 0xdfff;
-
-  /* Initialize GDT. */
-  gdt[SEL_NULL / sizeof *gdt] = 0;
-  gdt[SEL_KCSEG / sizeof *gdt] = make_code_desc (0);
-  gdt[SEL_KDSEG / sizeof *gdt] = make_data_desc (0);
-  gdt[SEL_UCSEG / sizeof *gdt] = make_code_desc (3);
-  gdt[SEL_UDSEG / sizeof *gdt] = make_data_desc (3);
-  gdt[SEL_TSS / sizeof *gdt] = make_tss_desc (tss);
-
-  /* Load GDTR, TR. */
-  gdtr_operand = make_dtr_operand (sizeof gdt - 1, gdt);
-  asm volatile ("lgdt %0" :: "m" (gdtr_operand));
-  asm volatile ("ltr %w0" :: "r" (SEL_TSS));
+  char *cmd_line, *pos;
+  char *argv[LOADER_CMD_LINE_LEN / 2 + 2];
+  int argc = 0;
+  int i;
+
+  /* The command line is made up of null terminated strings
+     followed by an empty string.  Break it up into words. */
+  cmd_line = pos = ptov (LOADER_CMD_LINE);
+  printf ("Kernel command line:");
+  while (pos < cmd_line + LOADER_CMD_LINE_LEN)
+    {
+      ASSERT (argc < LOADER_CMD_LINE_LEN / 2);
+      if (*pos == '\0')
+        break;
+      argv[argc++] = pos;
+      printf (" %s", pos);
+      pos = strchr (pos, '\0') + 1;
+    }
+  printf ("\n");
+  argv[argc] = "";
+  argv[argc + 1] = "";
+
+  /* Parse the words. */
+  for (i = 0; i < argc; i++)
+    if (!strcmp (argv[i], "-rs")) 
+      random_init (atoi (argv[++i]));
+    else if (!strcmp (argv[i], "-q"))
+      power_off_when_done = true;
+#ifdef USERPROG
+    else if (!strcmp (argv[i], "-ex")) 
+      initial_program = argv[++i];
+    else if (!strcmp (argv[i], "-ul"))
+      user_page_limit = atoi (argv[++i]);
+#endif
+#ifdef FILESYS
+    else if (!strcmp (argv[i], "-f"))
+      format_filesys = true;
+    else if (!strcmp (argv[i], "-ci")) 
+      {
+        fsutil_copyin_file = argv[++i]; 
+        fsutil_copyin_size = atoi (argv[++i]); 
+      }
+    else if (!strcmp (argv[i], "-co"))
+      fsutil_copyout_file = argv[++i];
+    else if (!strcmp (argv[i], "-p")) 
+      fsutil_print_file = argv[++i];
+    else if (!strcmp (argv[i], "-r"))
+      fsutil_remove_file = argv[++i];
+    else if (!strcmp (argv[i], "-ls"))
+      fsutil_list_files = true;
+#endif
+    else if (!strcmp (argv[i], "-u"))
+      {
+        printf (
+          "Kernel options:\n"
+          " -rs SEED            Set random seed to SEED.\n"
+#ifdef USERPROG
+          " -ex 'PROG [ARG...]' Run PROG, passing the optional arguments.\n"
+          " -ul USER_MAX        Limit user memory to USER_MAX pages.\n"
+#endif
+#ifdef FILESYS
+          " -f                  Format the filesystem disk (hdb or hd0:1).\n"
+          " -ci FILENAME SIZE   Copy SIZE bytes from the scratch disk (hdc\n"
+          "                     or hd1:0) into the filesystem as FILENAME.\n"
+          " -co FILENAME        Copy FILENAME to the scratch disk, with\n"
+          "                     size at start of sector 0 and data after.\n"
+          " -p FILENAME         Print the contents of FILENAME.\n"
+          " -r FILENAME         Delete FILENAME.\n"
+          " -ls                 List files in the root directory.\n"
+#endif
+          " -q                  Power off after doing requested actions.\n"
+          " -u                  Print this help message and power off.\n"
+          );
+        power_off ();
+      }
+    else 
+      PANIC ("unknown option `%s' (use -u for help)", argv[i]);
 }
-\f
+
+/* Powers down the machine we're running on,
+   as long as we're running on Bochs or qemu. */
 void
 power_off (void) 
 {
   const char s[] = "Shutdown";
   const char *p;
 
-  printk ("Powering off...\n");
+#ifdef FILESYS
+  filesys_done ();
+#endif
+
+  print_stats ();
+
+  printf ("Powering off...\n");
+  serial_flush ();
+
   for (p = s; *p != '\0'; p++)
     outb (0x8900, *p);
   for (;;);
 }
+
+/* Print statistics about Pintos execution. */
+static void
+print_stats (void) 
+{
+  timer_print_stats ();
+  thread_print_stats ();
+#ifdef FILESYS
+  disk_print_stats ();
+#endif
+  console_print_stats ();
+  kbd_print_stats ();
+#ifdef USERPROG
+  exception_print_stats ();
+#endif
+}