2020-12-20 更新
- 说明了子进程机制；
- 在基础系统调用中，补充了 open/close/pipe 的相关说明；
- 将 kill 移动到拓展系统调用；
实现细节约定
- 以下 int/i32 均指有符号 32 位整数。（然而出于实现方便可以进行一些调整，比如将所有的返回值都调整为 64 位有符号整数 long long/i64）
子进程机制
当一个进程通过 exit 系统调用或者由于出错退出之后，它应当被标记为处于僵尸（Zombie）状态，此时可以尽可能多的回收资源，但不是全部。需要等待它的父进程在 waitpid 系统调用中 wait 到这个子进程的时候，该子进程的资源（包括进程控制块 PCB）才被全部回收。
一个进程 fork 出来的进程会成为它的子进程，一般来说它需要负责通过 waitpid 系统调用来回收子进程的资源。然而，如果一个进程在子进程还在运行的时候退出，它的所有子进程需要被转移到进程 initproc 下面。
在内核初始化之后，需要加载唯一的用户进程 initproc，参考实现如下：
#[no_mangle] fn main() -> i32 { if fork() == 0 { exec("user_shell\0"); } else { loop { let mut exit_code: i32 = 0; let pid = wait(&mut exit_code); if pid == -1 { yield_(); continue; } println!( "[initproc] Released a zombie process, pid={}, exit_code={}", pid, exit_code, ); } } 0 }
可以看到它 fork 了一个子进程并运行用户终端 user_shell。它自身则是不断循环 wait，来回收那些被转移到它下面的子进程的资源。
基础系统调用接口
open
syscall ID：56
功能：打开一个文件，并返回可以访问它的文件描述符。
C 接口：int open(char* path, unsigned int flags);
Rust 接口：fn open(path: *const u8, flags: u32);
参数：fd描述要打开的文件的文件名（简单起见，文件系统不需要支持目录，所有的文件都放在根目录 / 下），flags描述打开文件的标志，具体含义见备注。
返回值：如果出现了错误则返回 -1，否则返回可以访问给定文件的文件描述符。
可能的错误：文件不存在。
备注：在分配文件描述符的时候，总是会选取所有可能的文件描述符中编号最小的一个。参考 xv6，打开文件的 flags 支持以下几种：
- 如果 flags 为 0，则表示以只读模式RDONLY打开；
- 如果 flags 第 0 位被设置（0x001），表示以只写模式WRONLY打开；
- 如果 flags 第 1 位被设置（0x002），表示既可读又可写RDWR；
- 如果 flags 第 9 位被设置（0x200），表示允许创建文件CREATE，在找不到该文件的时候应创建文件；如果该文件已经存在则应该将该文件的大小归零；
- 如果 flags 第 10 位被设置（0x400），则在打开文件的时候应该将该文件的大小归零，也即TRUNC。
close
syscall ID：57
功能：关闭一个文件。
C 接口：int close(int fd);
Rust 接口：fn close(fd: i32) -> i32;
参数：fd描述一个文件，可能是索引节点/管道/串口。
返回值：如果出现了错误则返回 -1，否则返回 0。
可能的错误：传入的文件描述符 fd 并未被打开。
pipe
syscall ID：59
功能：建立一个管道，用于当前进程及其子进程之间的通信。
C 接口：int pipe(int pipefd[2]);
Rust 接口：fn pipe(pipefd: &mut [i32]) -> i32;
参数：pipefd描述一个大小为 2 的 fd 数组，前一项为管道输入端的 fd，后一项为管道输出端的 fd。
返回值：如果出现了错误则返回 -1，否则返回 0。
可能的错误：传入的地址 pipefd 不合法；
备注：在分配文件描述符的时候，总是会选取所有可能的文件描述符中编号最小的一个。
read
syscall ID：63
功能：从文件中读取一段内容到内存中的缓冲区。
C 接口：int read(int fd, char *buf, int len);
Rust 接口： fn read(fd: i32, buf: *mut u8, len: i32) -> i32;
参数：fd描述当前进程需要访问的文件，buf表示保存文件中读到的数据的缓冲区的地址，len表示最大的读取字节数。
返回值：如果出现了错误则返回 -1，否则返回实际读到的字节数。
可能的错误：传入的fd不合法；
备注：该 syscall 的实现可能是阻塞的。
write
syscall ID：64
功能：从内存中的缓冲区写入一段内容到文件。
C 接口：int write(int fd, char *buf, int len);
Rust 接口：fn write(fd: i32, buf: *mut u8, len: i32) -> i32;
参数：fd描述当前进程需要访问的文件，buf表示保存即将写入文件的数据的缓冲区的地址，len表示最大的写入字节数。
返回值：如果出现了错误则返回 -1，否则返回实际写入的字节数。
可能的错误：传入的fd不合法；
备注：该 syscall 的实现可能是阻塞的。
exit
syscall ID：93
功能：退出当前进程。
C 接口：int exit(int status);
Rust 接口：fn exit(status: i32) -> i32;
参数：status描述当前进程的返回值，并应当由其父进程捕获到。
返回值：正常情况下应不会返回。请在调用 exit 之后加入 panic 语句来确保这一点。
可能的错误：触发了调用 exit 之后的 panic；
sleep
syscall ID：101
功能：将当前进程休眠一段时间。
C 接口：int sleep(int n);
Rust 接口：fn sleep(n: i32) -> i32;
参数：n描述将当前进程休眠多少个时间单位，采用哪种时间单位待定，可选项：时间片个数/毫秒数/ CPU 时钟周期数，请帮忙确定。暂定为毫秒数。
返回值：总是返回 0。
可能的错误：无。
备注：该 syscall 的实现可能是阻塞的。
yield
syscall ID：124
功能：主动交出当前进程的 CPU 使用权，从而使得 CPU 可以执行其他进程。
C 接口：int yield();
Rust 接口：fn yield() -> i32;
参数：无参数。
返回值：总是返回 0。
可能的错误：无。
gettime
syscall ID：169
功能：获取当前时间。
C 接口：int gettime(unsigned long long* time);
Rust 接口：fn gettime(time: *mut u64) -> i32;
参数：将当前时间保存在地址time处。时间的单位待定，可选为毫秒数/ CPU 时钟周期数，请帮忙确定。暂定为毫秒数。
返回值：总是返回 0。
可能的错误：无。
getpid
syscall ID：172
功能：获取当前进程的进程 ID。
C 接口：int getpid();
Rust 接口：fn getpid() -> i32;
参数：无参数。
返回值：返回当前进程的进程 ID。
可能的错误：无。
fork
syscall ID：220
功能：生成一个子进程，其地址空间与当前进程（也称父进程）完全相同，且和父进程一样，回到用户态之后都是从系统调用的下一条指令开始执行。
C 接口：int fork();
Rust 接口：fn fork() -> i32;
参数：无参数。
返回值：如果出现了错误则返回 -1；否则对于父进程，返回子进程的进程 ID；对于子进程则返回 0。
可能的错误：生成子进程的过程中会分配新的物理页框，如果物理页框不足则应该撤销所有操作，放弃生成子进程并返回错误；
exec
syscall ID：221
功能：替换当前进程的地址空间为一个程序，且返回用户态之后从该程序的入口点开始执行。还需要初始化当前进程的运行栈支持带有参数。
C 接口：int exec(char *file, char *argv[]);
Rust 接口：fn exec(file: *const u8, argv: *const *const u8);
参数：file表示将要替换到的程序的文件名，argv表示新程序的执行参数。
返回值：如果出现了错误则返回 -1；否则不应该返回。
可能的错误：file不存在；需要分配物理页框而物理页框不足，此时应该撤销所有操作并返回错误。
waitpid
syscall ID：260
功能：当前进程等待一个子进程结束，并获取其返回值。
C 接口：int waitpid(int pid, int *status);
Rust 接口： fn waitpid(pid: i32, status: *mut i32) -> i32;
参数：pid表示要等待结束的子进程的进程 ID，如果为 0 的话表示等待任意一个子进程结束；status表示保存子进程返回值的地址，如果这个地址为 0 的话表示不必保存。
返回值：如果出现了错误则返回 -1；否则返回结束的子进程的进程 ID。
可能的错误：如果在调用时找不到符合要求的子进程（当前进程没有子进程或者 pid!= 0 而当前进程没有 pid 相符的子进程）则返回错误；传入的地址 status 不为 0 但是不合法；
备注：该 syscall 的实现可能是阻塞的。
拓展系统调用接口
kill
syscall ID：129
功能：杀死一个进程。
C 接口：int kill(int pid);
Rust 接口：fn kill(pid: i32) -> i32;
参数：pid表示要杀死的进程的进程 ID。
返回值：如果杀死当前进程的话则不返回。如果出现了错误则返回 -1，否则返回 0。
可能的错误：尝试杀死初始用户进程 initproc；不存在对应 pid 的进程；
备注：在 kill 一个目前正处于阻塞状态的进程的时候情况比较复杂，随着其处于的阻塞状态的不同，需要讨论更加明确的语义，请帮忙一同确定。