Lab3 Page Tables

0 lecture 4 & chapter 3

Lecture 4

Chapter 3 Page tables

xv6的页表映射机制

xv6 内核地址空间

xv6的页表代码

vm.c

核心数据结构：==pagetable_t==

核心函数：==walk== 和 ==mappages==

物理地址分配代码

kalloc.c

核心数据结构：==kmem==

核心函数：==kfree== 和 ==kalloc==

进程地址空间

系统调用：sbrk 和 exec

sbrk：为一个进程去减少或者增加它的内存（kernel/sysproc.c）

exec：创建一个地址空间的用户部分

what is trampoline?

trampoline page存储了用户空间和内核空间相互切换的代码，无论是在内核空间还是在用户空间它都映射在相同的虚拟地址，这样在切换之后还可以继续工作。

相关文章：What is trampoline?

what is trapframe?

trapframe是存在于用户地址空间，位于trampoline下面的大小为PGSIZE（4096字节）的一块内存，用于在用户地址空间向内核地址空间切换时保存用户空间的寄存器。

1 Speed up system calls

任务描述：加速getpid()系统调用。方法是在trapframe前面映射一个只读的页，在这个页的开始，存储一个结构体syscall，结构体里存储当前进程的pid，然后通过已经提供的ugetpid()函数获得pid。

思路：可以参考trapframe的构造。

// 步骤
// 1. 在proc结构体中增加一个usyscall字段
// 2. 在allocproc()函数为usyscall分配空间，并且将pid存储在usyscall中
// 3. 在proc_pagetable()函数中将p->usyscall（物理地址）映射到USYSCALL（虚拟地址）
// 4. 在freeproc()函数中将usyscall的空间释放
// 5. 在proc_freepagetable()函数中取消之前建立的映射

2 Print a page table

任务描述：如题要求打印页表。

思路：参考freewalk函数进行递归。

int level = 1;
void
vmprint(pagetable_t pagetable){
    if(level > 3) return;
    
    if(level == 1)
        printf("page table %p\n", pagetable);
    
    for(int i = 0; i < 512; i++){
        pte_t pte = pagetable[i];
        if(pte & PTE_V){
            for(int j = 0; j < level; j++){
                printf("..");
                if(j != level - 1) printf(" ");
            }
            uint64 child = PTE2PA(pte);
            printf("%d: pte %p pa %p\n", i, pte, child);
            level++;
            vmprint((pagetable_t)child);
            level--;
        }
    }
}

3 Detecting which pages have been accessed

任务描述：检测页表是否被访问，实现pgaccess系统调用。

思路：通过walk函数找到虚拟地址对应的pte，检查PTE_A位即可。

// sysproc.c
int
sys_pgaccess(void){
    uint64 base;
    int len;
    uint64 mask;
    if(argaddr(0, &base) < 0 || argint(1, &len) < 0 || argaddr(2, &mask) < 0)
        return -1;
    
    uint64 start = PGROUNDDOWN(base);
    uint64 bitmask = 0L;
    for(int i = 0; i < len; i++, start += PGSIZE){
        pte_t *pte = walk(myproc()->pagetable, start, 0);
        if(pte == 0) return -1; // page not map
        uint64 flag = (*pte & PTE_A) >> 6;
        if(flag){
            *pte ^= PTE_A; // clear the PTE_A
        }
        bitmask |= (flag << i);
    }
    if(copyout(myproc()->pagetable, mask, (char *)&bitmask, sizeof(uint64)) < 0)
        return -1;
    return 0;
}

:zap:访问页表时将PTE_A置1的工作由RISC-V硬件做了，在代码中不需要自己设置。