[PintOS] User Program - Arguments parsing (Project 2, TIL)

KAIST PintOS 강의 및 Instruction, 한양대 PintOS Slides를 참고하며 학습한 내용을 정리하였습니다.

학습 도중 작성한 내용이라 틀린 내용이 있을 수 있습니다.

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Arguments Parsing

Command Line에 대해 공백(' ') 단위로 분리해야 한다. 현재는 Arguments가 분할되지 않아 하나의 배열로 입력되고 있다. 이렇게 입력되면, filename을 찾을 수도 없거니와 여러 명령 옵션을 사용할 수가 없다. 핀토스에서는 '문자열 분리' 함수(strtok_r())를 지원하므로 이를 사용할 수 있다.

strtok_r()

tid_t
process_create_initd (const char *file_name) {
	char *fn_copy;
	char *temp_ptr;
	char *filename;
	tid_t tid;
	int size;
	filename = strtok_r(file_name, " ", &temp_ptr); // arguments parsing
    ...
}

위 함수에서 유의해야 할 것은 구분자(delimiters)로 ' '이 아닌 " "이 들어가야 한다는 것이다. 분리된 각 단어의 끝에 개행 문자가 포함되어야 하기 때문이다. 개행문자가 있어야 parsing 된 단어들을 추후 처리할 수 있다.

/*
Example usage:

   char s[] = "  String to  tokenize. ";
   char *token, *save_ptr;

   for (token = strtok_r (s, " ", &save_ptr); token != NULL;
   token = strtok_r (NULL, " ", &save_ptr))
   printf ("'%s'\n", token);

outputs:

'String'
'to'
'tokenize.'
*/
char *
strtok_r (char *s, const char *delimiters, char **save_ptr) {
	char *token;

	if (s == NULL)
		s = *save_ptr;

	/* Skip any DELIMITERS at our current position. */
	while (strchr (delimiters, *s) != NULL) {
		/* strchr() will always return nonnull if we're searching
		   for a null byte, because every string contains a null
		   byte (at the end). */
		if (*s == '\0') {
			*save_ptr = s;
			return NULL;
		}

		s++;
	}

	/* Skip any non-DELIMITERS up to the end of the string. */
	token = s;
	while (strchr (delimiters, *s) == NULL)
		s++;
	if (*s != '\0') {
		*s = '\0';
		*save_ptr = s + 1;
	} else
		*save_ptr = s;
	return token;
}

위 함수는 문자열을 구분자 기준으로 파싱하여 token pointer로 접근 가능함을 알 수 있다. token pointer가 분리된 각 단어 배열의 시작점이다.

Arguments Passing

User Process 가 Initialize될 때, User Stack에 필요한 인자값들이 Push 되어야 한다. 핀토스에서는 Stack 메모리를 16진수 형태로 화면에 출력하기 위해 hex_dump() 함수를 사용할 수 있다.

KAIST PintOS Instruction: Arguments Passing

stack의 구성은 위와 같으며 이 형태에 맞게 구현하면 된다.

# 접근

stack top pointer(_if.rsp) 변수를 arguments vector의 길이에 맞춰서 연장시켜야 한다(= Stack 확장). 연장시키면서 memcpy 함수를 통해 연장한 영역에 argv[i]를 저장할 수 있다. 이 순서대로 구현하면 아래와 같다.

	for (int i = strlen(argv)-1; i >= 0;i-- ){
		_if.rsp = _if.rsp - strlen(argv[i]+1); 	     // 스택 확장
		memcpy(_if.rsp, argv[i], strlen(argv[i])+1); // 확장한 공간에 argv 복사
		argv_ptr[i] = _if.rsp;                       // rsp 가 가리킨 argv pointer 저장
	}

memcpy()

2️⃣ argv[i] 주소에서, 3️⃣ strlen(argv[i])+1 길이 만큼, 1️⃣ _if.rsp 주소에 복사함

💡 세 번째 인자로 sizeof(argv[i])가 들어가는 게 아님에 주의

이후 stack top pinter(_if.rsp)의 위치가 8의 배수(x86-64 환경이므로)가 아니라면 stack top pointer를 확장해나가며 8의 배수가 될 수 있도록 패딩 처리를 한다. 패딩에는 0이 할당된다(그림의 0x4747ffe8의 data 부분).

User stack에는 arguments vector의 첫 주소를 가리키는 argv_ptr 영역도 필요하다(자료의 argv[i]에 해당). 이때 반복되는 횟수에 유의해야 한다(^^.. Debug에서 후술).

	for (int i = temp_cnt-1; i >= 0;i-- ){
		_if.rsp = _if.rsp - strlen(argv[i])-1; // 스택 확장
		memcpy(_if.rsp, argv[i], strlen(argv[i])+1); // 확장한 공간에 argv 복사
		argv_ptr[i] = _if.rsp; // rsp 가 가리킨 argv pointer 저장
	}

    mod = (KERN_BASE - _if.rsp) % 8; // rsp 위치와 user stack pointer 위치 차이가 8의 배수인지
    while(mod != 0){                 // 8의 배수가 아니라 나머지가 있다면 나머지 만큼 스택 확장
        _if.rsp --;
        *(uint8_t *) _if.rsp = 0;
        mod --;
        _if.rsp --;
    }

추가로 user stack의 형태를 항상 일정하게 맞추어 다루기 용이하도록 하는 작업이 필요하다(Instruction 그림 참고). 또한, 참고 stack 그림의 argv[0]~[4] 처럼 argv data를 가리키는 주소를 할당해야 하므로 스택을 확장하며 argument vector의 주소를 복사해야한다. 마지막으로 Fake Address를 위한 8 byte를 확장하면 user stack 할당은 끝이 난다. 

    _if.rsp -= 8;                     // 형식 맞추기 위한 의도적 패딩(8 byte)
    memset(_if.rsp, 0, 8);

    for (int i = temp_cnt - 1; i >= 0; i--)
    {
        _if.rsp -= 8;                 // 8 byte 만큼 stack 확장
        memcpy(_if.rsp, &argv[i], 8); // argument vector의 주소 복사
    }

    _if.rsp -= 8;                     // 형식 맞추기 위한 Fake Address(8 byte)
    memset(_if.rsp, 0, 8);

    _if.R.rdi = temp_cnt;            // rdi 레지스터에 arguments count 할당
    _if.R.rsi = (char *)_if.rsp + 8; // rsi 레지스터에 fake address를 제외한 user stack의 주소 할당

 

🐛Debug

hex_dump() 함수 실행 시 메모리에 담긴 내용이 없는 Case

hex_dump() 이상 결과(좌) Debug 후 결과(우)

이때까지 parsing하고, stack 에 push 한 내용이 안 보인다. 두 가지 경우가 의심된다. 첫 번째는 hex_dump에서 시작되는 주소가 stack top pointer가 아닌 경우, 두 번째는 stack에 잘 push 되지 않은 경우이다. 첫 번째 case 확인을 위해 hex_dump() 함수를 확인하였다. hex_dump() 함수의 인자로 _if.rsp(stack top pointer)가 입력되는데, 함수 내에서 _if.rsp 주소 까지 출력하기 위함으로 활용되어 이상이 없었다. 두 번째 case로 인한 에러로 보였으며, stack을 push하는 반복문에서 해결할 수 있었다.

for (int i = temp_cnt-1; i >= 0;i-- ){
		_if.rsp = _if.rsp - strlen(argv[i])-1;       // 스택 확장
		memcpy(_if.rsp, argv[i], strlen(argv[i])+1); // 확장한 공간에 argv 복사
		argv_ptr[i] = _if.rsp;                       // rsp 가 가리킨 argv pointer 저장
	}

반복문을 돌면 돌수록 스택이 확장(_if.rsp 감소)된다. 즉, 반복 해주는 횟수가 중요한데 argv를 복사할 만큼만 반복해야하는 걸(temp_cnt 횟수) argc -1만큼 반복하는 것으로 착각하여 에러가 발생하는 것이었다 🥲 그래도 뭐 잘 해결했다~ ƪ( ˘ ⌣˘ )ʃ 

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