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环境安装 https://pdos.csail.mit.edu/6.828/2023/tools.html $ sudo apt-get update && sudo apt-get upgrade sudo apt-get install git build-essential gdb-multiarch qemu-system-misc gcc-riscv64-linux-gnu binutils-riscv64-linux-gnu 测试环境: $ riscv64-unknown-elf-gcc --version $ qemu-system-riscv64 --version 在 ubuntu22.04 上的输出 log 为: ~ ❯ qemu-system-riscv64 --version QEMU emulator version 6.2.0 (Debian 1:6.2+dfsg-2ubuntu6.24) Copyright (c) 2003-2021 Fabrice Bellard and the QEMU Project developers ~ ❯ riscv64-linux-gnu-gcc --version riscv64-linux-gnu-gcc (Ubuntu 11.4.0-1ubuntu1~22.04) 11.4.0 Copyright (C) 2021 Free Software Foundation, Inc. This is free software; see the source for copying conditions....

Q1 Speed up system call 这个实验的目的是将用户程序的虚拟地址USYSCALL映射到保存有进程pid的物理地址。 这样不用通过系统调用getpid()的方式，直接通过ugetpid()访问虚拟地址就可以直接得到映射的进程pid。 #define USYSCALL (TRAPFRAME - PGSIZE) // USYSCALL位于虚拟地址顶部Trapframe下面一个page int ugetpid(void) { struct usyscall *u = (struct usyscall *)USYSCALL; // 直接访问虚拟地址 return u->pid; } 在struct proc进程结构体中增加struct usyscall *usyscall, 在分配进程函数allocproc中初始化, 分配p->pid给p->usyscall->pid： if ((p->usyscall = (struct usyscall *)kalloc()) == 0) { freeproc(p); release(&p->lock); return 0; } p->usyscall->pid = p->pid; 在给进程分配页表的函数proc_pagetable()中映射指定的虚拟地址。 注意要加上PTE_U p->pagetable = proc_pagetable(p); pagetable_t proc_pagetable(struct proc *p) { // ... // map the USYSCALL just below trapframe....

1.2 Elements of Programming 1.2.6 The Non-Pure Print Function >>> print(print(1), print(2)) 1 2 None None 注意 print(1)和 print(2)的返回值是 None。 1.4 Designning Functions 1.4.1 Documentation docstring。在函数名后在``````中描述函数信息。第一行用来描述函数，接着空一行，接着可以描述参数等。 help(pressure)可以查看函数帮助信息。 >>> def pressure(v, t, n): """Compute the pressure in pascals of an ideal gas. Applies the ideal gas law: http://en.wikipedia.org/wiki/Ideal_gas_law v -- volume of gas, in cubic meters t -- absolute temperature in degrees kelvin n -- particles of gas """ k = 1....

3.1 Paging hardware xv6 runs on Sv39 RISC-V, 使用低39位来表示虚拟内存, 高25位没有使用。 39位中27位用作index来寻找PTE(Page table entry), 低12位表示在某个页表中的偏移地址, 正好对应4KB。每个PTE包含44bits的PPN(physical page number)和一些控制位。 实际的RISC-V CPU翻译虚拟地址到物理地址使用了三层。每层page table存储512个PTE，分别使用9个bit来索引。上一层的一个PTE的PPN对应下一层Page table地址。所以总共有512*512*512=2^27 PTE。每个pte占8bytes，所以需要占用的内存最多是2^30=1G， 因为没有访问到的pte是不会分配pagetable的，所以实际占用的内存会更少。 每个CPU需要把顶层的page directory物理地址加载到 satp 寄存器中, 第一个Page Directory的地址是已知的。 然后通过L2索引到第一个Page directory的PTE，读出PTE的PPN, 即第二个Page directory的起始物理地址。再根据L1索引到第二个Page directory的PTE, 以此类推。 只有最后一级pte会设置除了PTE_V以外的其他位，其他层级的pte只设置PTE_V。 3.2 Kernel address space // TODO: replace this image 上图PHYSTOP为0x88000000, 见memlayout.h QEMU模拟RAM从0x80000000物理地址开始，至多到0x80000000+128*1024*1024=0x88000000，xv6称这个地址为PHYSTOP。 Kernel使用RAM和device registers是直接映射的，虚拟地址和物理地址相等。 不过有一部分kernel虚拟地址不是直接映射的： Trampoline page. 在虚拟地址的最顶部。这边有意思的是物理内存中的trampoline code被映射到了两个地方，一个对应直接映射的虚拟内存中的kernel text，另一个是虚拟地址最顶部地址的一个page size。有关Trampoline page请参考第四章。 Kernel stack pages. 每个进程都有自己的kernel stack。如果访问超过了自己的kernel stack。会有guard page保护，guard page的PTE valid位置为0，导致访问异常。 3.3 Code: creating an address space TLB....

2.1 Abstracting physical resources 2.2 User mode, supervisor mode, and system calls 2.3 Kernel Organization monolithic kernel vs microkernel xv6 和 Unix-like OS 属于 monolithic kernel. 2.4 Code: xv6 organization kernel 接口都在 def.h 中声明. 2.5 Process overview 进程的地址空间: RISC-V 64 只使用 64 位地址中的 39 位, 所以用户空间和内核空间各占 2^39 字节. xv6 只使用 39 位地址中的 38 位, 所以最大地址为 2^38 - 1 = 0x3fffffffff, MAXVA 在 riscv.h 中定义. 每个进程都有两个栈, 一个是内核栈, 一个是用户栈. 2.6 Code: starting xv6, the first process and system call bootloader 把 xv6 kernel code 加载到内存 0x80000000 地址, 首先执行的代码为entry....

Trace 实现系统调用int trace(int mask);, 当调用mask中包含的系统调用号，打印出来。 在Makefile中增加trace用户程序的编译 UPROGS=\ ... $U/_trace 在user/user.h中增加函数声明 int trace(int); 在usys.pl中增加user space trace函数的入口。可以看到user space调用的系统调用, 是由这个脚本生成的函数。 以trace为例, 提供了trace函数的入口.global trace, 随后将定义在syscall.h中的SYS_trace编号存入寄存器a7, 通过ecall命令进入内核态。 sub entry { my $name = shift; print ".global $name\n"; print "${name}:\n"; print " li a7, SYS_${name}\n"; print " ecall\n"; print " ret\n"; } entry("trace"); 在syscall.c的syscall函数中通过获取a7寄存器中的编号，找到我们添加的系统调用函数，sys_trace。 函数具体实现如下: // 在proc结构体中增加mask成员 struct proc { //... int mask; } // 将user space传入的mask，传递给当前进程的mask变量 uint64 sys_trace(void) { if(argint(0, &myproc()->mask) < 0) return -1; return 0; } // 随后执行的系统调用number如果 (1 << num == mask), 则打印 syscall(void) { // ....

XV6 实现的所有系统调用： int fork() //Create a process, return child’s PID. void exit(int status) //Terminate the current process; status reported to wait(). No return. int wait(int *status) //Wait for a child to exit; exit status in *status; returns child PID. int kill(int pid) //Terminate process PID. Returns 0, or -1 for error. int getpid() //Return the current process’s PID. int sleep(int n) //Pause for n clock ticks. int exec(char *file, char *argv[]) //Load a file and execute it with arguments; only returns if error....