接上文 MIT XV6 - 1.1 Lab: Xv6 and Unix utilities - sleep 是怎样练成的？

user/_sleep 是什么？

book-riscv-rev3.pdf 3.8节有对Xv6 binary文件的格式描述

Xv6 binaries are formatted in the widely-used ELF format, defined in (kernel/elf.h). An ELF binary
consists of an ELF header, struct elfhdr (kernel/elf.h:6), followed by a sequence of program
section headers, struct proghdr (kernel/elf.h:25). Each progvhdr describes a section of the
application that must be loaded into memory; xv6 programs have two program section headers:
one for instructions and one for data.

• 让我们验证一下他的文件格式

  riscv64-unknown-elf-readelf -h user/_sleep  
  ELF Header:                                 Magic:   7f 45 4c 46 02 01 01 00 00 00 00 00 00 00 00 00          # ELF 文件的魔数，用于标识文件类型Class:                             ELF64                          # 64 位 ELF 文件Data:                              2's complement, little endian  # 使用 2 的补码表示数字，小端序存储Version:                           1 (current)                    # ELF 格式的当前版本OS/ABI:                            UNIX - System V                # 目标操作系统为 UNIX System VABI Version:                       0                              # ABI 版本号Type:                              EXEC (Executable file)         # 这是一个可执行文件Machine:                           RISC-V                         # 目标架构为 RISC-VVersion:                           0x1                            # ELF 文件版本Entry point address:               0x64                           # 程序入口点的虚拟地址Start of program headers:          64 (bytes into file)           # 程序头表在文件中的偏移量Start of section headers:          31008 (bytes into file)        # 节头表在文件中的偏移量Flags:                             0x5, RVC, double-float ABI     # 标志位：RISC-V 压缩指令集，双精度浮点数 ABISize of this header:               64 (bytes)                     # ELF 头的大小Size of program headers:           56 (bytes)                     # 每个程序头的大小Number of program headers:         4                              # 程序头的数量Size of section headers:           64 (bytes)                     # 每个节头的大小Number of section headers:         18                             # 节头的数量Section header string table index: 17                             # 节头字符串表的索引
  

我们知道，在Unix系统中，一个新进程的诞生是通过fork和exec配合得来的，通过fork创建一个副本，然后通过exec将指定的binary加载进内存空间中并开始执行，教材中也对此有所讲解，依然是book-riscv-rev3.pdf 3.8节，简单看一眼

• 让我们看看我们的 user/_sleep

  riscv64-unknown-elf-objdump -p user/_sleep user/_sleep:     file format elf64-littleriscvProgram Header:
  0x70000003 off    0x0000000000006af8 vaddr 0x0000000000000000 paddr 0x0000000000000000 align 2**0filesz 0x000000000000005a memsz 0x0000000000000000 flags r--
  LOAD off    0x0000000000001000 vaddr 0x0000000000000000 paddr 0x0000000000000000 align 2**12filesz 0x0000000000001000 memsz 0x0000000000001000 flags r-x
  LOAD off    0x0000000000002000 vaddr 0x0000000000001000 paddr 0x0000000000001000 align 2**12filesz 0x0000000000000000 memsz 0x0000000000000020 flags rw-
  STACK off    0x0000000000000000 vaddr 0x0000000000000000 paddr 0x0000000000000000 align 2**4filesz 0x0000000000000000 memsz 0x0000000000000000 flags rw-
  

• 让我们来看看AI是怎么解释的
  

• 当然我们的 user/_sleep 里面还有更多东西

  riscv64-unknown-elf-objdump -h user/_sleep  
  Sections:                                                                        
  Idx Name          Size      VMA               LMA               File off  Algn   # 列标题：索引、名称、大小、虚拟地址、加载地址、文件偏移、对齐0 .text         0000082a  0000000000000000  0000000000000000  00001000  2**1   # 代码段：包含可执行指令CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, CODE                           # 属性：有内容、已分配、可加载、只读、代码1 .rodata       000007d0  0000000000000830  0000000000000830  00001830  2**3   # 只读数据段：包含常量数据（如字符串常量）CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA                           # 属性：有内容、已分配、可加载、只读、数据2 .data         00000000  0000000000001000  0000000000001000  00002000  2**0   # 数据段：包含已初始化的全局变量CONTENTS, ALLOC, LOAD, DATA                                      # 属性：有内容、已分配、可加载、数据3 .bss          00000020  0000000000001000  0000000000001000  00002000  2**3   # BSS段：包含未初始化的全局变量ALLOC                                                           # 属性：已分配4 .debug_info   00000ff8  0000000000000000  0000000000000000  00002000  2**0   # 调试信息段：包含DWARF调试信息CONTENTS, READONLY, DEBUGGING, OCTETS                           # 属性：有内容、只读、调试用、字节数据5 .debug_abbrev 00000643  0000000000000000  0000000000000000  00002ff8  2**0   # 调试缩写表：DWARF调试信息的缩写表CONTENTS, READONLY, DEBUGGING, OCTETS                           # 属性：有内容、只读、调试用、字节数据6 .debug_loc    00001f21  0000000000000000  0000000000000000  0000363b  2**0   # 调试位置信息：变量位置信息CONTENTS, READONLY, DEBUGGING, OCTETS                           # 属性：有内容、只读、调试用、字节数据7 .debug_aranges 000000f0  0000000000000000  0000000000000000  00005560  2**4  # 调试地址范围：用于快速定位调试信息CONTENTS, READONLY, DEBUGGING, OCTETS                           # 属性：有内容、只读、调试用、字节数据8 .debug_line   000011ab  0000000000000000  0000000000000000  00005650  2**0   # 调试行号信息：源代码行号映射CONTENTS, READONLY, DEBUGGING, OCTETS                           # 属性：有内容、只读、调试用、字节数据9 .debug_str    000002e4  0000000000000000  0000000000000000  000067fb  2**0   # 调试字符串表：调试信息中的字符串CONTENTS, READONLY, DEBUGGING, OCTETS                           # 属性：有内容、只读、调试用、字节数据
  10 .comment      00000019  0000000000000000  0000000000000000  00006adf  2**0   # 注释段：包含编译器版本等信息CONTENTS, READONLY                                              # 属性：有内容、只读
  11 .riscv.attributes 0000005a  0000000000000000  0000000000000000  00006af8  2**0 # RISC-V特定属性段CONTENTS, READONLY                                              # 属性：有内容、只读
  12 .debug_frame  000004e0  0000000000000000  0000000000000000  00006b58  2**3   # 调试帧信息：用于栈回溯CONTENTS, READONLY, DEBUGGING, OCTETS                           # 属性：有内容、只读、调试用、字节数据
  13 .debug_ranges 00000050  0000000000000000  0000000000000000  00007038  2**0   # 调试范围信息：用于描述变量范围CONTENTS, READONLY, DEBUGGING, OCTETS                           # 属性：有内容、只读、调试用、字节数据
  

  我就不解释了，这个东西给我一天也解释不清楚，解释不完全（是真的不清楚）

user/_sleep 做什么？

让我们打开 user/sleep.asm 看一下汇编代码

   0:	1141                	addi	sp,sp,-162:	e406                	sd	ra,8(sp)4:	e022                	sd	s0,0(sp)6:	0800                	addi	s0,sp,16if (argc != 2)8:	4789                	li	a5,2a:	02f50063          	beq	a0,a5,2a <main+0x2a>{fprintf(2, "Usage: sleep <seconds>\n");e:	00001597          	auipc	a1,0x112:	82258593          	addi	a1,a1,-2014 # 830 <malloc+0x100>16:	853e                	mv	a0,a518:	00000097          	auipc	ra,0x01c:	62e080e7          	jalr	1582(ra) # 646 <fprintf>exit(1);20:	4505                	li	a0,122:	00000097          	auipc	ra,0x026:	2fc080e7          	jalr	764(ra) # 31e <exit>}if (sleep(atoi(argv[1])) != 0)2a:	6588                	ld	a0,8(a1)2c:	00000097          	auipc	ra,0x030:	1ec080e7          	jalr	492(ra) # 218 <atoi>34:	00000097          	auipc	ra,0x038:	37a080e7          	jalr	890(ra) # 3ae <sleep>3c:	cd19                	beqz	a0,5a <main+0x5a>{fprintf(2, "sleep: failed to sleep\n");3e:	00001597          	auipc	a1,0x142:	80a58593          	addi	a1,a1,-2038 # 848 <malloc+0x118>46:	4509                	li	a0,248:	00000097          	auipc	ra,0x04c:	5fe080e7          	jalr	1534(ra) # 646 <fprintf>exit(1);50:	4505                	li	a0,152:	00000097          	auipc	ra,0x056:	2cc080e7          	jalr	716(ra) # 31e <exit>}exit(0);5a:	4501                	li	a0,05c:	00000097          	auipc	ra,0x060:	2c2080e7          	jalr	706(ra) # 31e <exit>

注意这一条指令

  38:	37a080e7          	jalr	890(ra) # 3ae <sleep>

这是一条跳转指令，地址是 3ae，经过搜索可以看到 sleep 函数的汇编代码

00000000000003ae <sleep>:                      # 函数入口点，地址为 0x3ae
.global sleep                                  # 声明 sleep 为全局符号
sleep:                                         # 函数标签li a7, SYS_sleep                              # 将系统调用号 13 (SYS_sleep) 加载到寄存器 a73ae:	48b5                li	a7,13          # 机器码：48b5 表示 li a7,13ecall                                         # 执行系统调用指令3b0:	00000073          	ecall              # 机器码：00000073 表示 ecallret                                           # 从函数返回3b4:	8082                ret                # 机器码：8082 表示 ret

我们忽略其他各种分支判断以及错误码打印，exit调用等等， 可以看到sleep.c的核心就是在条件达成时，调用函数sleep，而 sleep函数内的实现就是利用 ecall 指令触发系统调用，当系统调用完成后，函数返回。

瞎谈

有大佬说过 Algorithms + Data Structures = Programs

那么从操作系统的角度来看，是不是 Data + SysCall = Programs 也是成立的？因为程序的一切的一切最终都是要把你想做的事情组织成一条条数据，通过系统调用的方式来达成目的？比如播放音乐、播放视频、玩video game，毕竟系统调用应该是应用程序控制硬件资源的唯一途径（吧？）。