はじめに

前回に引き続き、怒田晟也さん著“自作OSで学ぶマイクロカーネルの設計と実装”のIDEAS.mdより、マイクロカーネルHinaOSにシステムコールを追加します。

実装概要

割り込みの発生回数を取得するシステムコールを実装します。

あたりをつける

kernel/syscall.cがシステムコール定義場所になっています。このファイル内容を見る限り、sys_uptime関数がカーネル内の処理に関連する統計情報を返す関数になっているので、この関数まわりを踏襲することで、目的を達成できそうです。

// 起動してからの経過時間をミリ秒単位で返す。
static int sys_uptime(void) {
    return uptime_ticks / TICK_HZ;
}

実装

1. ユーザランド側の関数呼び出し定義

各システムコールは、32bitのシステムコール番号で識別され、指定のレジスタに格納されたシステムコール番号に応じてカーネルモード時に処理を行います。libs/common/types.h にその定義場所があるので、定義します。

#define SYS_INTERRUPT_COUNT    18

次に、libs/user/syscall.c に以下の関数を定義します。特に渡したい値はないので、0 ~ 4番目の引数は0にします。最後の引数はカーネルモード時に関数を実行する識別子になるので、先ほど定義した変数を入れます。

// interruptシステムコール: システムの割り込み回数の取得
int sys_interrupt_count(void) {
    return arch_syscall(0, 0, 0, 0, 0, SYS_INTERRUPT_COUNT);
}

2. 割り込み回数カウントを定義

グローバル変数uptime_ticksは、interrupt.hに定義されているので、同様に割り込み回数カウントをinterrupt.hに定義します。ちなみに、extern 修飾子は外部ファイルから参照可能な変数であることを表します。

extern unsigned uptime_ticks;
extern unsigned interrupt_count; // 割り込み回数の総数

上記に加え、interrupt.cファイル内でもinterrupt_countを宣言＆初期化しないと怒られます。これは、ヘッダファイル内のexternで定義と初期化が同時にできないためです。

unsigned interrupt_count = 0;

3. 統計情報取得実装

割り込み・例外ハンドラのエントリポイントとなるkernel/riscv32/trap.cのriscv32_handle_trap関数の頭に先ほど定義したinterrupt_countのインクリメント処理を加えます。

void riscv32_handle_trap(struct riscv32_trap_frame *frame) {
    stack_check();  // スタックオーバーフローをチェック
    interrupt_count++;
    ...

4. システムコール定義

libs/user/にて、ユーザランド側のシステムコールのインタフェースとなるAPIを定義します。

// libs/user/syscall.h

int sys_interrupt_count(void);


// libs/user/syscall.c

static int sys_interrupt_count(void) {
    return interrupt_count;
}

5. システムコールハンドラ追記

/kernel/syscall.cのhandle_syscallにて、システムコール番号のパターンマッチを行う箇所があるので、そこにケースを追記します。

// システムコールハンドラ
long handle_syscall(long a0, long a1, long a2, long a3, long a4, long n) {
    long ret;
    switch (n) {
	      // ...
        case SYS_INTERRUPT_COUNT:
            ret = sys_interrupt_count();
            break;
	      // ...
    }

    return ret;
}

6. コマンドを定義する

シェルサーバに割り込み回数を取得するコマンドを定義します。interruptは文字数が長く、タイポする可能性があるので、intptというコマンドとして定義します。

static void do_interrupt_count(struct args *args) {
    printf("%d times\n", sys_interrupt_count());
}

// ...

static struct command commands[] = {
		// ...
    {.name = "intpt", .run = do_interrupt_count, .help = "get interrupt count"},
    // ...
};

7. 実行

shell> intpt
15279 times
shell> intpt
18689 times
shell> intpt
36608 times

一秒あたり2000回ほど割り込まれています。タイマ割り込みも含まれているので、このような数字になるのだと思います。

参考文献

https://www.amazon.co.jp/自作OSで学ぶマイクロカーネルの設計と実装-怒田晟也-ebook/dp/B0C52SFYDC/ref=sr_1_1?__mk_ja_JP=カタカナ&crid=17NO089IHFDL0&keywords=マイクロカーネル&qid=1687662077&s=books&sprefix=マイクロカーネル%2Cstripbooks%2C166&sr=1-1