1 Lab

lab 5就是去实现xv6 book 4.6中写的 Lazy page allocation

有个问题：page fault的trap是如何出现的？

1.1 Eliminate allocation from sbrk()

你的第一个任务是在sbrk系统调用中删除页分配的实现部分，这部分内容在 sysproc.c/sys_sbrk()中。sbkr(n)系统调用会给进程增加 n byte的空间，并且返回新空间的起始地址（等于old sz）。新的sbrk(n)应该只给进程的sz增加n，并且返回old sz。并且不会分配任何空间--所以你应该删除growproc()的调用（但是你仍要去增加 p->sz!)。

这个部分是要在调用 sbrk的情况下不分配新的内存页，但是需要修改 p->sz。

我这边选择直接修改 growproc的内容，这个函数除了sbrk 没有其他函数进行调用，所以直接修改。

这边是直接把 n > 0的内容注释掉，加上一条修改sz的。其实本来第一部分的lab，只需要把sbrk调用growproc 去掉，然后修改sz就行了，但是考虑 n < 0的情况，我们是应该直接删除页的，看了后面部分的lab，也确实有这个要求。

// Grow or shrink user memory by n bytes.
// Return 0 on success, -1 on failure.
int
growproc(int n)
{uint sz;struct proc *p = myproc();sz = p->sz;if(n > 0){sz += n;
//    if((sz = uvmalloc(p->pagetable, sz, sz + n)) == 0) {//      return -1;
//    }} else if(n < 0){sz = uvmdealloc(p->pagetable, sz, sz + n);}p->sz = sz;return 0;
}

然后去测试 echo hi，发生了跟他一样的错误。这是为什么呢？然后从头开始找哪调用了sbrk()，最后发现是 shell里面会通过 malloc 给struct cmd分配内存。

1.2 Lazy allocation

这边直接把2、3部分都写在一起了。

通过在发生fault的地址映射新分配的物理页，来修改 trap.c 中与用户空间page fault相关的代码，然后返回用户空间使得进程重新执行。你应该在 打印"usertrap(): ..." 的 printf 调用前添上你的代码。为了使得echo hi运行，你可以修改 xv6 中任何 kernel code。

修改trap.c

这边注意几个点

首先是区分fault的类型，不处理的包括：
- 非page fault
- 虚拟地址高于进程sz的
- 用户栈的保护页，因为用户栈位置与内核栈不同，是在底下的，所以需要当作非alloc部分。还有就是注意从trapframe中去取sp，因为此时的sp应该不是之前的栈指针。
然后就是处理 lazy alloc部分
- 如果内存不够了，就杀死进程。
- 参考 uvmalloc，写映射的部分。

//修改 usertrap()里面对异常处理部分
else {uint64 va = r_stval();uint64 sp = p->trapframe->sp;// not a page faultif((r_scause() != 13 && r_scause() != 15) || va >= p->sz || (va < PGROUNDDOWN(sp) && va >= PGROUNDDOWN(sp - PGSIZE))){printf("usertrap(): unexpected scause %p pid=%d\n", r_scause(), p->pid);printf("            sepc=%p stval=%p\n", r_sepc(), r_stval());p->killed = 1;}// lazy allocelse{va = PGROUNDDOWN(va);char* mem;// if kalloc fails,kill the procif((mem = kalloc()) == 0){p->killed = 1;}else{memset(mem,0,PGSIZE);if((mappages(p->pagetable, va, PGSIZE, (uint64)mem, PTE_W|PTE_X|PTE_R|PTE_U)) != 0){kfree(mem);// if fails,unmap and free the pageuvmunmap(p->pagetable,va,1,0);}}}}

修改 vm.c/uvmunmap

在lazy alloc 的情况下，是有可能产生这样的情况：sbrk修改了sz，但是最终没有分配物理内存的情况下，进行了uvmunmap。所以需要修改里面panic的情况：1.没有walk到pte 2.pte是不可访问的

uvmunmap(pagetable_t pagetable, uint64 va, uint64 npages, int do_free)
{uint64 a;pte_t *pte;if((va % PGSIZE) != 0)panic("uvmunmap: not aligned");for(a = va; a < va + npages*PGSIZE; a += PGSIZE){if((pte = walk(pagetable, a, 0)) == 0)continue;
//      panic("uvmunmap: walk");if((*pte & PTE_V) == 0)continue;
//      panic("uvmunmap: not mapped");if(PTE_FLAGS(*pte) == PTE_V)panic("uvmunmap: not a leaf");if(do_free){uint64 pa = PTE2PA(*pte);kfree((void*)pa);}*pte = 0;}
}

修改 vm.c/uvmcopy

类似于 uvmunmap，uvmcopy也要处理这样的情况。

uvmcopy主要是在fork中被调用。如果父进程的有上述的情况，那么它也需要去冷处理page fault。

int
uvmcopy(pagetable_t old, pagetable_t new, uint64 sz)
{pte_t *pte;uint64 pa, i;uint flags;char *mem;for(i = 0; i < sz; i += PGSIZE){if((pte = walk(old, i, 0)) == 0)continue;
//      panic("uvmcopy: pte should exist");if((*pte & PTE_V) == 0)continue;
//      panic("uvmcopy: page not present");pa = PTE2PA(*pte);flags = PTE_FLAGS(*pte);if((mem = kalloc()) == 0)goto err;memmove(mem, (char*)pa, PGSIZE);if(mappages(new, i, PGSIZE, (uint64)mem, flags) != 0){kfree(mem);goto err;}}return 0;err:uvmunmap(new, 0, i / PGSIZE, 1);return -1;
}

再修改proc.c/growproc

其他改完基本上所有case都能过了，但是那个 sbrkargs过不了。情况应该是在系统调用的时候不会发生page fault的情况，然后就没有办法去分配内存。这边卡了很久，最后查到 write的系统调用函数那边，但是看不懂~~。最后试了一下每次sbrk 都再多分配一个字节，那么内存位置 sbrk()，就是有效的。

int
growproc(int n)
{uint sz;struct proc *p = myproc();sz = p->sz;if(n > 0){if((uvmalloc(p->pagetable, sz, sz + 1)) == 0) {return -1;}sz += n;} else if(n < 0){sz = uvmdealloc(p->pagetable, sz, sz + n);}p->sz = sz;return 0;
}

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