Lab3 Page Tables

开学！

git

git fetch
git checkout pgtbl
make clean

Speed up system calls

为了优化 getpid 系统调用，不用每次进入内核态获取 PID，创建一个用户可读的页，将 USYSCALL 映射到该页上

可以观察 ugetpid 函数的定义，它直接访问 USYSCALL 即可拿到 pid，不需要系统调用，算是以空间换时间

user/ulib.c

int
ugetpid(void)
{
  struct usyscall *u = (struct usyscall *)USYSCALL;
  return u->pid;
}

1. 在 kernel/proc.h 中 proc 结构体加入 struct usyscall *usyscall
2. 在 allocproc 初始化 usyscall

kernel/proc.c

static struct proc* allocproc(void)
{
  ...

  if((p->usyscall = (struct usyscall *)kalloc()) == 0){
    freeproc(p);
    release(&p->lock);
    return 0;
  }
  p->usyscall->pid = p->pid;

  ...
}

3. 在 proc_pagetable 建立映射

kernel/proc.c

pagetable_t proc_pagetable(struct proc *p)
{
	...

  if(mappages(pagetable, USYSCALL, PGSIZE,
            (uint64)(p->usyscall), PTE_R | PTE_U) < 0){
    uvmunmap(pagetable, TRAPFRAME, 1, 0);
    uvmunmap(pagetable, TRAMPOLINE, 1, 0);
    uvmfree(pagetable, 0);
    return 0;
  }

	...
}

4. 在 freeproc 释放 usyscall

kernel/proc.c

static void freeproc(struct proc *p)
{
	...

  if(p->usyscall)
    kfree((void*)p->usyscall);
  p->usyscall = 0;

	...
}

5. 在 proc_freepagetable 取消页面映射（这里实验文档没说，要自己发现在 freeproc 函数中调用了这个函数）

kernel/proc.c

void
proc_freepagetable(pagetable_t pagetable, uint64 sz)
{
  uvmunmap(pagetable, TRAMPOLINE, 1, 0);
  uvmunmap(pagetable, TRAPFRAME, 1, 0);
  uvmunmap(pagetable, USYSCALL, 1, 0);
  uvmfree(pagetable, sz);
}

提问：还有什么其他的系统调用可以通过这样的共享页来加快速度？

怎么感觉没有了

Print a page table

xv6 使用三级页表，在运行第一个用户进程时打印出其页表

这里使用一个静态变量 level 表示在第几级页表

kernel/vm.c

void
pteprint(pagetable_t pagetable, int level)
{
  for(int i = 0; i < 512; i++) {
    pte_t pte = pagetable[i];
    if(pte & PTE_V) {
      uint64 child = PTE2PA(pte);
      for(int j = 0; j < level; j++)
        printf(" ..");
      printf("%d: pte %p pa %p\n", i, pte, child);
      if((pte & (PTE_R | PTE_W | PTE_X)) == 0)
        pteprint((pagetable_t)child, level+1);
    }
  }
}

void
vmprint(pagetable_t pagetable)
{
  printf("page table %p\n", pagetable);
  pteprint(pagetable, 1);
}

笔者之前使用局部静态变量来判断 level，但是想着如果是多线程的话没有加锁可能会出问题

然后在 defs.h 和 exec.c 中添加声明和使用就行

Detect which pages have been accessed

RISC-V 硬件会在 TLB 命中失败时，将对应 PTE 的 Access 标志位设 1，用来记录该页面有没有访问过

写一个系统调用，三个参数，检测的地址，检测的页数，bitmask

挺简单的，不知道为什么实验难度写着 hard

kernel/sysproc.c

#define PTE_A (1L << 6)

int
sys_pgaccess(void)
{ 
  uint64 base;
  uint64 mask;
  int len;
  unsigned int abits;

  argaddr(0, &base);
  argint(1, &len);
  if(len > 32)
    return -1;
  argaddr(2, &mask);

  abits = 0;
  pagetable_t pagetable = myproc()->pagetable;

  for(int i = 0; i < len; i++) {
    pte_t *pte = walk(pagetable, base + PGSIZE * i, 0);
    if(pte == 0)
      return -1;

    if(*pte & PTE_A) {
      abits |= 1 << i;
      *pte &= ~PTE_A;
    }
  }

  if(copyout(pagetable, mask, (char*)&abits, sizeof(abits)) < 0)
    return -1;

  return 0;``
}

注意检测完后，将标记置零，不然不知道检测后还没有访问过

Optional challenge exercises

使用 super-pages 减少页表中 PTE 的数量

不是很懂，改用更大的页（？）

取消用户进程的第一页的映射，

这样可以使引用空指针直接造成错误

需要修改 user.ld 文件，让进程的 text 段从 0x1000 开始，而不是 0

估计要改很多东西（uvmmap，uvmalloc啥的）。。。咕咕咕

添加一个系统调用报告 dirty pages（修改过的页表）

和第三个差不多，就不做了