chapter4练习 ============================================ - 本节难度： **看懂代码就和lab1一样** 编程作业 --------------------------------------------- 申请内存 ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ 你有没有想过，当你在 C 语言中写下的 ``new int[100];`` 执行时可能会发生哪些事情？你可能已经发现，目前我们给用户程序的内存都是固定的并没有增长的能力，这些程序是不能执行 ``new`` 这类导致内存使用增加的操作。libc 中通过 `sbrk `_ 系统调用增加进程可使用的堆空间，这也是本来的题目设计，但是一位热心的往年助教J学长表示：这一点也不酷！他推荐了另一个申请内存的系统调用。 `mmap `_ 本身主要使用来在内存中映射文件的，这里我们简化它的功能，仅仅用来提供申请内存的功能。 mmap 系统调用新定义： - syscall ID：222 - C接口： ``int mmap(void* start, unsigned long long len, int port)`` - Rust接口： ``fn mmap(start: usize, len: usize, port: usize) -> i32`` - 功能：申请长度为 len 字节的物理内存（不要求实际物理内存位置，可以随便找一块），并映射到 addr 开始的虚存，内存页属性为 port。 - 参数： - start：需要映射的虚存起始地址。 - len：映射字节长度，可以为 0 （如果是则直接返回），不可过大(上限 1GiB )。 - port：第 0 位表示是否可读，第 1 位表示是否可写，第 2 位表示是否可执行。其他位无效（必须为 0 ）。 - 说明： - 正确时返回实际 map size（为 4096 的倍数），错误返回 -1 。 - 为了简单，addr 要求按页对齐(否则报错)，len 可直接按页上取整。 - 为了简单，不考虑分配失败时的页回收（也就是内存泄漏）。 - 错误： - [addr, addr + len) 存在已经被映射的页。 - 物理内存不足。 - port | ~0x7 != 0 (port 其余位必须为0)。 - port & 0x7 = 0 (这样的内存无意义)。 munmap 系统调用新定义： - syscall ID：215 - C接口： ``int munmap(void* start, unsigned long long len)`` - Rust接口： ``fn munmap(start: usize, len: usize) -> i32`` - 功能：取消一块虚存的映射。 - 参数：同 mmap - 说明： - 为了简单，参数错误时不考虑内存的恢复和回收。 - 错误： - [start, start + len) 中存在未被映射的虚存。 实验要求 ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ - 实现分支：ch4。 - 完成实验指导书中的内容，实现虚拟内存，可以运行过去几个lab的程序。 - 更新 sys_write 的范围检查，改为基于页表的检查方法。 - 实现 mmap 和 munmap 两个自定义系统调用，并通过 `Rust测例 `_ 中 chapter4 对应的所有测例，测例详情见对应仓库，系统调用具体要求参考 `guide.md `_ 中chapter4对应的所有测例。 注意：记得删除 lab3 关于程序时间片上界的规定。 challenge: 支持多核。 实验检查 +++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ - 实验目录要求 目录要求不变(参考lab1目录或者示例代码目录结构)。同样在 os 目录下 `make run` 之后可以正确加载用户程序并执行。 加载的用户测例位置： ``../user/build/bin`` 。 - 检查 可以正确 `make run` 执行，可以正确执行目标用户测例，并得到预期输出（详见测例注释）。 问答作业 ------------------------------------------------- 1. 请列举 SV39 页表页表项的组成，结合课堂内容，描述其中的标志位有何作用／潜在作用？ 2. 缺页 这次的实验没有涉及到缺页有点遗憾，主要是缺页难以测试，而且更多的是一种优化，不符合这次实验的核心理念，所以这里补两道小题。 缺页指的是进程访问页面时页面不在页表中或在页表中无效的现象，此时 MMU 将会返回一个中断，告知 os 进程内存访问出了问题。os 选择填补页表并重新执行异常指令或者杀死进程。 - 请问哪些异常可能是缺页导致的？ - 发生缺页时，描述相关的重要寄存器的值（lab2中描述过的可以简单点）。 缺页有两个常见的原因，其一是 Lazy 策略，也就是直到内存页面被访问才实际进行页表操作。比如，一个程序被执行时，进程的代码段理论上需要从磁盘加载到内存。但是 os 并不会马上这样做，而是会保存 .text 段在磁盘的位置信息，在这些代码第一次被执行时才完成从磁盘的加载操作。 - 这样做有哪些好处？ 此外 COW(Copy On Write) 也是常见的容易导致缺页的 Lazy 策略，这个之后再说。其实，我们的 mmap 也可以采取 Lazy 策略，比如：一个用户进程先后申请了 10G 的内存空间，然后用了其中 1M 就直接退出了。按照现在的做法，我们显然亏大了，进行了很多没有意义的页表操作。 - 请问处理 10G 连续的内存页面，需要操作的页表实际大致占用多少内存(给出数量级即可)？ - 请简单思考如何才能在现有框架基础上实现 Lazy 策略，缺页时又如何处理？描述合理即可，不需要考虑实现。 缺页的另一个常见原因是 swap 策略，也就是内存页面可能被换到磁盘上了，导致对应页面失效。 - 此时页面失效如何表现在页表项(PTE)上？ 报告要求 -------------------------------------------------------- * 简单总结本次实验与上个实验相比你增加的东西。（控制在5行以内，不要贴代码） * 完成问答问题。 * (optional) 你对本次实验设计及难度的看法。