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gdb调试shell write函数的syscall过程：

(gdb) b *0xdec # 在0xde8地址设置断点
(gdb) c
(gdb) delete 1 # 删除断点
(gdb) print $pc
$1 = (void (*)()) 0xdec
(gdb) info r
(gdb) x/3i 0xde8 # 打印0xdfe开始的三条指令
0xdfe: li a7,16
0xe00: ecall
0xe04: ret
(gdb) p/x $stvec
$2 = 0x3ffffff000 # user space virtual address顶部一个page，trampoline page对应kernel trap handler.
(gdb) stepi

warning

Book

Traps：

  • system call. 通过ecall进入kernel
  • exception. 除0，invalid virtual address.
  • interrupt. 进入kernel device driver.

根据处理代码不同，可分为三种traps：

  • traps from user space
  • traps from kernel space
  • timer interrupts

4.1 RISC-V trap machinery

一些重要的CPU控制寄存器：

  • stvec: 保存trap handler的地址。
  • sepc: trap发生时，保存pc指针。接着pc指针被改写成stvec中保存的trap handler地址。sret指令把sepc的值拷贝回pc指针。
  • scause: 保存发生trap的原因。
  • sscratch:
  • sstatus: SIE bit控制设备中断使能。SPP表示trap来自user mode还是supervisor mode。

RISC-V硬件处理traps流程(除timer中断)：

  1. 如果是设备中断，而且sstatus的SIEbit没有被开启，下面都不会执行。
  2. 禁止掉SIE in sstatus。
  3. 拷贝pc到sepc。
  4. 保存当前mode(user/supervisor)到sstatus的SPP。
  5. 设置scause发生异常的原因。
  6. 进入supervisor mode。
  7. 拷贝stvec到pc。
  8. 开始在新pc执行代码。

4.2 Trap from user space

user space trap流程：trampoline.S
uservec->usertrap
返回的时候：usertrapret->userret

为什么user space能执行到kernel的trap处理代码呢？user space调用ecall, 会进入stvec设置的trap handler，此时CPU使用的还是user space的page table，还没有切换到kernel space的page table。所以stvec中存储的是user space的virtual addressTRAPPOLINE。user space实现了trampoline page。把virtual address的最后一个pageTRAPPOLINE映射到了kernel trap handler。

进入uservec的时候，需要保存user space所有32个寄存器到某个memory地址，这时候没有一个空闲的寄存器，怎么办呢？RISC-V提供了scratch寄存器，在之前保存了某个地址p->trapframe。但这是kernel的结构体，此时satp还保存着user space的page table，所以user space还映射了一个pageTRAPFRAME，在TRAPOLINE下面。

接着可以将sccrach与a0交换值：

csrrw a0, sscratch, a0

这样我们就可以使用a0了，将其他31个寄存器的值保存到此时a0(p->trapframe)对应的offset，最后再将sscratch中保存的旧a0值加载进对应的内存地址。

csrr t0, sscratch
sd t0, 112(a0)

接着将之前就设置好的
kernel栈指针p->trapframe->kernel_sp加载到sp。
cpu idp->trapframe->kernel_haltid加载到tp。
kernel trap入口p->trapframe->kernel_trap加载到t0。
kernel page tablep->trapframe->kernel_satp加载到satp。

这边加载了kernel的page table后还能继续执行代码，因为kernel也将相同的virtual address(trampoline page)映射到了与user space trampoline page相同的物理地址。

4.3-4.4 Code: Calling system calls

见xv_chapter2.md。

4.5 Traps from kernel code

user space发生trap进入kernel space后，stvec会被设置为kernelvec，接着kernel中发生的设备中断和异常会进入kernelvec。

4.6 Page-fault exceptions

RISC-V区分三种page faults:

  • load page fault: load指令中的虚拟地址不能正确翻译
  • store page fault: store指令中的虚拟地址不能正确翻译
  • instruction page fault: pc指针的虚拟地址不能正确翻译

scause中展示了page fault的种类，stval保存了不能翻译的地址。

COW Copy on Write

Lazy Allocation