@1.2

ファイル記述子

ファイル記述子は、オープン中ファイルの詳細を記録しているカーネル内データ構造へのインデックスである。POSIXでは、これをファイル記述子テーブルと呼び、各プロセスが自身のファイル記述子テーブルを持つ。
ファイル記述子はint型でプロセスごとに管理されていて、0から始まる。xv6ではデフォルトでファイル記述子0を標準入力、1を標準出力、2を標準エラー出力に割り当てている。3以降はファイルを開くたびにファイルに割り当てられる。

ファイル記述子は現在使われていない番号の中で一番小さい番号が割り当てられる（もしファイルを開く前に0をcloseしたら、次に開くファイルのファイル記述子は未使用の中で一番小さい番号の0になる）。

fd_1 = open("file_1.txt", O_RDWR); // fd_1 == 3
fd_2 = open("file_2.txt", O_RDWR); // fd_2 == 4
fd_3 = open("file_3.txt", O_RDWR); // fd_3 == 5

ファイル記述子がcloseシステムコールにより解放された場合は、その後、番号は再利用される。

fd_1 = open("file_1.txt", O_RDWR); // fd_1 == 3
close(fd_1);
fd_2 = open("file_2.txt", O_RDWR); // fd_2 == 3
close(fd_2);
fd_3 = open("file_3.txt", O_RDWR); // fd_3 == 3
close(fd_3);

forkとexecを分ける理由（←まだ不明確）

forkとexecがくっついていると、I/Oの設定をforkとexecをする前に書き換えてforkとexecをした後に元の状態に戻すという操作が必要になるか、forkとexecのくっついたシステムコールの引数が複雑になるか、が起こるらしい？？

追記：forkとexecが分かれているとfork後exec前の子プロセスにて、openやclose、dupによりファイル記述子を変更できる。親プロセス側とexecされるプログラム側（exec("cat", argv)のときはcatなど）でファイル記述子を変更しなくて良くなる。

fork

親プロセスのメモリやレジスタの状態などが子プロセスにもそのままコピーされる。親プロセスと子プロセスはファイル記述子テーブルを共有するだけではなく、ファイルのオフセットまで共有している。

// コンソールには、hello worldと表示される
// つまりファイル（ここでは標準出力）のオフセットまで共有している
if (fork() == 0) {
    write(1, "hello ", 6);
    exit(0);
} else {
    wait(0);
    write(1, "world\n", 6);
}

tez3998 2022/10/20

疑問（未解決）

ファイル記述子とファイル記述子テーブル、ファイルテーブル、inodeの関係性がいまいち見えていない。

tez3998 2022/10/21

@2

OSが満たすべき条件

多重化（例：プロセスの数が物理的なCPUの数より多くても、全てのプロセスは実行されなければならない）
分離（例：あるプロセスでバグや機能不全が発生したとき、依存関係のないプロセスに影響を与えてはならない）
相互作用（例：システムコールのpipe）

tez3998 2022/10/22

テキストの日本語訳がある。

https://www.sugawara-lab.jp/lecture

tez3998 2022/10/22に更新

@2.2

3つのCPUのモード

マシンモード

CPUが動き出したときのモード。コンピュータを設定するためのモード。xv6では、マシンモードで命令が数行実行された後に、スーパーバイザーモードに移行する。

スーパーバイザーモード

特権的な命令（例：割り込みを許可／不許可にしたり、ページテーブルのアドレスを保持しているレジスタを読み書きしたりする命令など）の実行が許可されるモード。
スーパーバイザーモードで命令を実行することを「カーネルスペースで実行されている」という。カーネルスペースで実行されているプログラムをカーネルという。

ユーザーモード

アプリケーションが実行されるモード。
ユーザーモードで命令を実行することを「ユーザースペースで実行されている」という。

システムコールを呼び出すと...

システムコールを呼び出すと、CPUの使用権？？（←この言い方が正しいのかは不明）がアプリケーションからカーネルに移り、CPUのモードもユーザーモードからスーパーバイザーモードに移る（正確には、アプリケーションは直接カーネルを呼び起こせないらしい）。CPUのモードの切り替えはecallというRISC-Vの命令で実行される。CPUはカーネルが指定したエントリーポイントからカーネルを実行する（カーネルが指定したが結構重要で、アプリケーションの好きな位置からカーネルを実行されてしまうと、システムコールのバリデーション（正当な呼び出しかどうかの判断）の終わった場所から呼び出されてしまっては、アプリケーションの好きなようにコンピュータを使われてしまう）。