From dc862a0c8e0a1fb8a70dc71c084887bf3f920a10 Mon Sep 17 00:00:00 2001 From: Zhiyuan Shao Date: Sat, 24 Oct 2020 13:56:24 +0800 Subject: [PATCH] add chapt5 and chapt6 --- README.md | 4 +- chapter4.md | 55 ++-- chapter5.md | 246 +++++++++++++++++ chapter6.md | 640 ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ pictures/fig5_1.png | Bin 0 -> 3691 bytes pictures/fig5_2.png | Bin 0 -> 2883 bytes pictures/fig5_4.png | Bin 0 -> 17213 bytes 7 files changed, 908 insertions(+), 37 deletions(-) create mode 100644 chapter5.md create mode 100644 chapter6.md create mode 100644 pictures/fig5_1.png create mode 100644 pictures/fig5_2.png create mode 100644 pictures/fig5_4.png diff --git a/README.md b/README.md index 27db94f..df8573e 100644 --- a/README.md +++ b/README.md @@ -12,9 +12,9 @@ [第四章. （实验3）物理内存管理](chapter4.md) +[第五章. （实验4）缺页异常的处理](chapter5.md) - - +[第六章. （实验5）进程的封装](chapter6.md) diff --git a/chapter4.md b/chapter4.md index 87c23e5..0e2c5fe 100644 --- a/chapter4.md +++ b/chapter4.md @@ -126,50 +126,35 @@ Score: 20/20 其次，我们现在管理的可用内存是那一部分? 代理内核的本质也是一段程序，他本身是需要内存空间的，而这一段空间自然不能再被分配。除去内核本身占的空间，内核可支配的物理空间从0x80016000开始，大小在PKE设定为8M，2048个页面，故而供内核支配的的内存的范围为（first_free_page~first_free_paddr）。如下图所示。 ``` -KERNTOP------->+---------------------------------+ 0x80816000 - -(first_free_paddr) | | - -​ | Kern Physical Memory | - -​ | | 8M 2048pages - - (first_free_page) | | - - KERNBSE -----> +---------------------------------+ 0x80016000 - -​ | Kern Text/Data/BBS | - - KERN ------>+---------------------------------+ 0x80000000 + KERNTOP------->+---------------------------------+ 0x80816000 +(first_free_paddr)| | + | Kern Physical Memory | + | | 8M 2048pages + (first_free_page)| | + KERNBSE -----> +---------------------------------+ 0x80016000 + | Kern Text/Data/BBS | + KERN------>+---------------------------------+ 0x80000000 +``` 再往上便是我们可以支配的空间了（KERNTOP~Top Memory）： +``` kernel/user - 4G ------------> +-------------------------------------------------+ - -​ | | - -​ | Empty Memory (*) | - -​ | | - - Top Memmory ---> +----------------------------------------------+ 随物理内存大小移动 - -​ | | - -​ | User Remapped Memory | - -​ | | - -​ | | - -first_free_paddr->+------------------------------------------------------+ 0x80816000 + | | + | Empty Memory (*) | + | | + Top Memmory ---> +-------------------------------------------------+ 随物理内存大小移动 + | | + | User Remapped Memory | + | | + | | +first_free_paddr->+-------------------------------------------------+ 0x80816000 ``` - + 最后，我们来看物理内存分配的单位：操作系统中，物理页是物理内存分配的基本单位。一个物理页的大小是4KB，我们使用结构体Page来表示，其结构如图： diff --git a/chapter5.md b/chapter5.md new file mode 100644 index 0000000..577dc73 --- /dev/null +++ b/chapter5.md @@ -0,0 +1,246 @@ +## 第五章．（实验4）缺页异常的处理 + +### 5.1 实验内容 + +实验要求：在APP里写递归程序，其执行过程导致栈的不断增长。在代理内核中实现缺页中断的处理例程（trap），使其能够支撑递归程序的正确执行。 + + + +**练习一：缺页中断实例的完善（需要编程）** + + **在**"pk/mmap.c"内有__handle_page_fault()函数，完善该函数，实现缺页中的处理。 + +``` +202 static int __handle_page_fault(uintptr_t vaddr, int prot) +203 { +204 printk("page fault vaddr:0x%lx\n", vaddr); +205 //your code here +206 //start------------> +207 pte_t* pte =0; +208 +209 //<-----------end +210 if (pte == 0 || *pte == 0 || !__valid_user_range(vaddr, 1)) +211 return -1; +212 else if (!(*pte & PTE_V)) +213 { +214 +215 //your code here +216 //start---------> +217 +218 uintptr_t ppn =0; +219 vmr_t* v = NULL; +220 +221 //<----------end +``` + +当你完成__handle_page_fault()函数后，可进行如下测试： + +编译app目录下，实验四相关文件： + +`$ riscv64-unknown-elf-gcc app/app4_1.c -o app/elf/app4_1` + +`$ riscv64-unknown-elf-gcc app/app4_2.c -o app/elf/app4_2` + +​ 使用spike运行，预期输出如下： + +``` +spike obj/pke app/elf/app4_1 + +PKE IS RUNNING +page fault vaddr:0x0000000000011000 +page fault vaddr:0x000000007f7ecc00 +page fault vaddr:0x00000000000100c0 +page fault vaddr:0x000000007f000000 +page fault vaddr:0x000000007f001000 +``` + + + +`$ spike obj/pke app/elf/app4_1` + +//递归程序可正常运行 + +如果你的两个测试app都可以正确输出的话，那么运行检查的python脚本： + +`$ ./pke-lab4` + +若得到如下输出，那么恭喜你，你已经成功完成了实验四！！！ + +``` +build pk : OK +running app4_1 : OK + test4_1 : OK +running app4_2 : OK + test4_2 : OK +``` + +### 5.2 基础知识 + +**5.2.1 虚拟地址空间** + + 物理地址唯一，且有限的，但现在的操作系统上往往有不止一个的程序在运行。如果只有物理地址，那对于程序员来说无疑是相当繁琐的。程序不知道那些内存可用，那些内存已经被其他程序占有，这就意味着操作系统必须管理所有的物理地址，并且所有所有代码都是共用的。 + + 为了解决上述问题，操作系统引入了虚拟地址的概念。每个进程拥有着独立的虚拟地址空间，这个空间是连续的，一个虚拟页可以映射到不同或者相同的物理页。这就是我们所说的虚拟地址。在程序中，我们所使用的变量的地址均为虚拟地址。 + + + +**5.2.2 虚拟地址同物理地址之间的转换** + +​ 虚拟地址只是一个逻辑上的概念，在计算机中，最后正真被访问的地址仍是物理地址。所以，我们需要在一个虚拟地址访问内存之前将它翻译成物理地址，这个过程称为地址翻译。CPU上的内存管理单元（MMU）会利用存放在主存的页表完成这一过程。 + +​ RISCV的S模式下提供了基于页面的虚拟内存管理机制，内存被划分为固定大小的页。我们使用物理地址对这些页进行描述，我们在此回顾上一章所讲到的RISCV物理地址的定义： + +fig5_1 + +图5.1 RISCV64 物理地址 + +​ 可以看到，物理地址由PPN（物理页号）与Offset（偏移量）组成。这里的PPN就对应着上述的物理页。 + +​ 现在，我们来看RISCV虚拟地址的定义： + +fig5_2 + +图5.2 RISCV64 虚拟地址 + +​ 可以看到虚拟地址同样由页号和偏移量组成。而这二者之间是如何转换的呢？RV64支持多种分页方案，如Sv32、Sv39、Sv48，它们的原理相似，这里我们对pke中所使用的Sv39进行讲述。Sv39中维护着一个三级的页表，其页表项定义如下： + + fig1_7 + +图5.3 Sv39页表项 + +​ 当启动分页后，MMU会对每个虚拟地址进行页表查询，页表的地址由satp寄存器保存。在"pk/mmap.c"中的pk_vm_init函数中有如下一行代码其中，sptbr即为satp的曾用名，在这行代码中，我们将页表地址写入satp寄存器。 + +``` +458 write_csr(sptbr, ((uintptr_t)root_page_table >> RISCV_PGSHIFT) | SATP_MODE_CHOICE); +``` + + + + fig5_4 + + 图5.4 地址转换 + +​ 于是，当需要进行页表转换时，我们变从satp所存储的页表地址开始，逐级的转换。 + +在pke中，位于"pk/mmap.c"中的转换代码如下： + +``` +112 static size_t pt_idx(uintptr_t addr, int level) +113 { +114 size_t idx = addr >> (RISCV_PGLEVEL_BITS*level + RISCV_PGSHIFT); +115 return idx & ((1 << RISCV_PGLEVEL_BITS) - 1); +116 } +``` + + + +​ 首先，我们来看pt_idx函数，函数中将虚拟地址addr右移RISCV_PGLEVEL_BITS*level + RISCV_PGSHIFT位，其中RISCV_PGSHIFT对应着VPN中的Offset，而level则对应着各级VPN，pt_idx通过level取出指定的VPN。当level = 2, 得到vpn[2]，即页目录项在一级页表的序号，，当level = 1, 得到vpn[1]，即页目录项在二级页表的序号，同理，当level = 0, 则得到vpn[0]，即页表项在三级页表的序号。 + +``` +125 static pte_t* __walk_internal(uintptr_t addr, int create) +126 { +127 pte_t* t = root_page_table; +128 for (int i = (VA_BITS - RISCV_PGSHIFT) / RISCV_PGLEVEL_BITS - 1; i > 0; i--) { +129 size_t idx = pt_idx(addr, i); +130 if (unlikely(!(t[idx] & PTE_V))) +131 return create ? __continue_walk_create(addr, &t[idx]) : 0; +132 t = (pte_t*)(pte_ppn(t[idx]) << RISCV_PGSHIFT); +133 } +134 return &t[pt_idx(addr, 0)]; +135 } +``` + +接着，我们进一步分析__walk_internal函数，首先VA_BITS即虚拟地址的位数为39，RISCV_PGSHIFT即代表虚拟地址中Offset的位数，二者相减，剩下的就是VPN0、VPN1……VPNX的位数，在除以VPN的位数，得到就是VPN的数量。由于pke中式Sv39，故而VPN的数量为3，即VPN0、VPN1、VPN2。 + +接着我们使用pt_idx函数得到各级VPN的值，依据图5.2所示逐级查询，一直找到该虚拟地址对应的页表项，而该页表项中存着该虚拟地址所对应的物理页号，再加上虚拟地址中的偏离量，我们就可以找到最终的物理地址了！！ + + + +**5.2.3** **缺页异常处理** + +``` + 1 #include + 2 + 3 int main() + 4 { + 5 + 6 uintptr_t addr = 0x7f000000; + 7 *(int *)(addr)=1; + 8 + 9 uintptr_t addr1_same_page = 0x7f000010; + 10 uintptr_t addr2_same_page = 0x7f000fff; + 11 *(int *)(addr1_same_page)=2; + 12 *(int *)(addr2_same_page)=3; + 13 + 14 uintptr_t addr1_another_page = 0x7f001000; + 15 uintptr_t addr2_another_page = 0x7f001ff0; + 16 *(int *)(addr1_another_page)=4; + 17 *(int *)(addr2_another_page)=5; + 18 + 19 + 20 return 0; + 21 } +``` + +以上程序中，我们人为的访问虚拟地址0x7f000000与虚拟地址0x7f001000所对应的物理页，由于操作系统并没有事先加载这些页面，于是会出发缺页中断异常。进入pk/mmap.c文件下的__handle_page_fault函数中，其代码如下： + +``` +203 static int __handle_page_fault(uintptr_t vaddr, int prot) +204 { +205 printk("page fault vaddr:0x%lx\n", vaddr); +206 //your code here +207 //start------------> +208 pte_t* pte =0; +209 +210 //<-----------end +211 if (pte == 0 || *pte == 0 || !__valid_user_range(vaddr, 1)) +212 return -1; +213 else if (!(*pte & PTE_V)) +214 { +215 +216 //your code here +217 //start---------> +218 +219 uintptr_t ppn =0; +220 vmr_t* v = NULL; +221 +222 //<----------end +223 +224 if (v->file) +225 { +226 size_t flen = MIN(RISCV_PGSIZE, v->length - (vaddr - v->addr)); +227 // ssize_t ret = file_pread(v->file, (void*)vaddr, flen, vaddr - v->addr + v->offset); +228 ssize_t ret = file_pread_pnn(v->file, (void*)vaddr, flen, ppn, vaddr - v->addr + v->offset); +229 kassert(ret > 0); +230 if (ret < RISCV_PGSIZE) +231 memset((void*)vaddr + ret, 0, RISCV_PGSIZE - ret); +232 } +233 else +234 memset((void*)vaddr, 0, RISCV_PGSIZE); +235 __vmr_decref(v, 1); +236 *pte = pte_create(ppn, prot_to_type(v->prot, 1)); +237 } +238 +239 pte_t perms = pte_create(0, prot_to_type(prot, 1)); +240 if ((*pte & perms) != perms) +241 return -1; +242 +243 flush_tlb(); +244 return 0; +245 } +``` + + + +​ 对于一个没有对应物理地址的虚拟地址，我们需要进行如下的处理。首先，找到该物理地址所对应的pte，这里你可能会使用到__walk函数，__walk中调用了上文中我们讨论过的__walk_internal函数，对于一个给定的虚拟地址，返回其对于的pte，其定义如下； + +``` +138 pte_t* __walk(uintptr_t addr) +139 { +140 return __walk_internal(addr, 0); +141 } +``` + +其次，使用操作系统为该虚拟地址分配一个相对应的物理页，还记得物理内存管理中的内存分配嘛？现在它有用武之地了；最后将该物理地址写入第一步的得到的pte中，这里你会用到page2ppn和pte_create函数。 + +以上，就是本次实验需要大家完成的部分了！ \ No newline at end of file diff --git a/chapter6.md b/chapter6.md new file mode 100644 index 0000000..ad63f57 --- /dev/null +++ b/chapter6.md @@ -0,0 +1,640 @@ +## 第六章．（实验5）进程的封装 + +### 6.1 实验内容 + +实验要求：在APP里写fork调用，其执行过程将fork出一个子进程。在代理内核中实现fork的处理例程（trap），使其能够支撑APP程序的正确执行。 + +在本次实验的app4.c文件中，将会测试fork（）函数。代码中170及172系统调用分别对应着sys_fork（）和sys_getpid（）系统调用。调用fork函数后，将会有两个返回。在父进程中，fork返回新创建子进程的进程ID；而在子进程中，fork返回0。你需要阅读proc.c文件，完善相关代码，是的app4.c可以正常运行。 + + + +**6.1.1 练习一：alloc_proc（需要编程）** + +完善"pk/proc.c"中的alloc_proc()，你需要对以下属性进行初始化： + +l enum proc_state state; + +l int pid; + +l int runs; + +l uintptr_t kstack; + +l volatile bool need_resched; + +l struct proc_struct *parent; + +l struct mm_struct *mm; + +l struct context context; + +l struct trapframe *tf; + +l uintptr_t cr3; + +l uint32_t flags; + +l char name[PROC_NAME_LEN + 1]; + + + +**6.1.2 练习二：do_fork（需要编程）** + +完善"pk/proc.c"中的do_fork函数，你需要进行以下工作： + +l 调用alloc_proc()来为子进程创建进程控制块 + +l 调用setup_kstack来设置栈空间 + +l 用copy_mm来拷贝页表 + +l 调用copy_thread来拷贝进程 + +l 为子进程设置pid + +l 设置子进程状态为就绪 + +l 将子进程加入到链表中 + + + +完成以上代码后，你可以进行如下测试，然后输入如下命令： + +`$ riscv64-unknown-elf-gcc ../app/app5.c -o ../app/elf/app5` + +`$ spike ./obj/pke app/elf/app5` + +预期的输出如下： + +``` +PKE IS RUNNING +page fault vaddr:0x00000000000100c2 +page fault vaddr:0x000000000001e17f +page fault vaddr:0x0000000000018d5a +page fault vaddr:0x000000000001a8ba +page fault vaddr:0x000000000001d218 +page fault vaddr:0x000000007f7e8bf0 +page fault vaddr:0x0000000000014a68 +page fault vaddr:0x00000000000162ce +page fault vaddr:0x000000000001c6e0 +page fault vaddr:0x0000000000012572 +page fault vaddr:0x0000000000011fa6 +page fault vaddr:0x0000000000019064 +page fault vaddr:0x0000000000015304 +page fault vaddr:0x0000000000017fd4 +this is farther process;my pid = 1 +sys_exit pid=1 +page fault vaddr:0x0000000000010166 +page fault vaddr:0x000000000001e160 +page fault vaddr:0x000000000001d030 +page fault vaddr:0x0000000000014a68 +page fault vaddr:0x00000000000162ce +page fault vaddr:0x000000000001c6e0 +page fault vaddr:0x0000000000012572 +page fault vaddr:0x0000000000011fa6 +page fault vaddr:0x0000000000019064 +page fault vaddr:0x000000000001abb6 +page fault vaddr:0x0000000000015304 +page fault vaddr:0x0000000000017fd4 +page fault vaddr:0x0000000000018cd4 +this is child process;my pid = 2 +sys_exit pid=2 +``` + +如果你的app可以正确输出的话，那么运行检查的python脚本： + +./pke-lab5 + +若得到如下输出，那么恭喜你，你已经成功完成了实验六！！！ + + + +build pk : OK + +running app5 : OK + + test fork : OK + +Score: 20/20 + +### 6.2 基础知识 + +**6.2.1 进程结构** + + 在pk/proc.h中，我们定义进程的结构如下： + + 42 struct proc_struct { + + 43 enum proc_state state; + + 44 int pid; + + 45 int runs; + + 46 uintptr_t kstack; + + 47 volatile bool need_resched; + + 48 struct proc_struct *parent; + + 50 struct context context; + + 51 trapframe_t *tf; + + 52 uintptr_t cr3; + + 53 uint32_t flags; + + 54 char name[PROC_NAME_LEN + 1]; + + 55 list_entry_t list_link; + + 56 list_entry_t hash_link; + + 57 }; + +​ 可以看到在41行的枚举中，我们定义了进程的四种状态，其定义如下： + + 11 enum proc_state { + + 12 PROC_UNINIT = 0, + + 13 PROC_SLEEPING, + + 14 PROC_RUNNABLE, + + 15 PROC_ZOMBIE, + + 16 }; + +​ 四种状态分别为未初始化(PROC_UNINIT)、睡眠（PROC_SLEEPING）、可运行（PROC_RUNNABLE）以及僵死（PROC_ZOMBIE）状态。 + +​ 除却状态，进程还有以下重要属性： + +l pid：进程id，是进程的标识符 + +l runs：进程已经运行的时间 + +l kstack：进程的内核栈空间 + +l need_resched：是否需要释放CPU + +l parent：进程的父进程 + +l context：进程的上下文 + +l tf：当前中断的栈帧 + +l cr3：进程的页表地址 + +l name：进程名 + +除了上述属性，可以看到在55、56行还维护了两个进程的链表，这是操作系统内进程的组织方式，系统维护一个进程链表，以组织要管理的进程。 + + + +**6.2.2 设置第一个内核进程idleproc** + + 在"pk/pk.c"的rest_of_boot_loader函数中调用了proc_init来设置第一个内核进程： + +317 void + +318 proc_init() { + +319 int i; + +320 extern uintptr_t kernel_stack_top; + +321 + +322 list_init(&proc_list); + +323 for (i = 0; i < HASH_LIST_SIZE; i ++) { + +324 list_init(hash_list + i); + +325 } + +326 + +327 if ((idleproc = alloc_proc()) == NULL) { + +328 panic("cannot alloc idleproc.\n"); + +329 } + +330 + +331 idleproc->pid = 0; + +332 idleproc->state = PROC_RUNNABLE; + +333 idleproc->kstack = kernel_stack_top; + +334 idleproc->need_resched = 1; + +335 set_proc_name(idleproc, "idle"); + +336 nr_process ++; + +337 + +338 currentproc = idleproc; + +339 + +340 } + +​ 322行的proc_list是系统所维护的进程链表，324行的hash_list是一个大小为1024的list_entry_t的hash数组。在对系统所维护的两个list都初始化完成后，系统为idleproc分配进程结构体。然后对idleproc的各个属性进行设置，最终将currentproc改为idleproc。 + +​ 在上述代码中，我们只是为idleproc分配了进程控制块，但并没有切换到idleproc，真正的切换代码在proc_init函数后面的run_loaded_program以及cpu_idle函数中进行。 + + + +**6.2.3 do_fork** + +​ 在run_loaded_program中有如下代码： + +140 trapframe_t tf; + +141 init_tf(&tf, current.entry, stack_top); + +142 __clear_cache(0, 0); + +143 do_fork(0,stack_top,&tf); + +144 write_csr(sscratch, kstack_top); + + + + 在这里，声明了一个trapframe，并且将它的gpr[2]（sp）设置为内核栈指针，将它的epc设置为current.entry，其中current.entry是elf文件的入口地址也就是app的起始执行位置，随即，我们调用了do_frok函数，其中传入参数stack为0表示我们正在fork一个内核进程。 + +​ 在do_frok函数中，你会调用alloc_proc()来为子进程创建进程控制块、调用setup_kstack来设置栈空间，调用copy_mm来拷贝页表，调用copy_thread来拷贝进程。现在，我们来对以上函数进行分析。 + +​ setup_kstack函数代码如下，在函数中，我们为进程分配栈空间，然后返回： + +210 static int + +211 setup_kstack(struct proc_struct *proc) { + +212 proc->kstack = (uintptr_t)__page_alloc(); + +213 return 0; + +214 } + +copy_mm k函数代码如下，在函数中，我们对页表进行拷贝。 + +228 static int + +229 copy_mm(uint32_t clone_flags, struct proc_struct *proc) { + +230 //assert(currentproc->mm == NULL); + +231 /* do nothing in this project */ + +232 uintptr_t cr3=(uintptr_t)__page_alloc(); + +233 memcpy((void *)cr3,(void *)proc->cr3,RISCV_PGSIZE); + +234 proc->cr3=cr3; + +235 return 0; + +236 } + +​ 最后是copy_thread函数： + +240 static void + +241 copy_thread(struct proc_struct *proc, uintptr_t esp, trapframe_t *tf) { + +242 proc->tf = (trapframe_t *)(proc->kstack + KSTACKSIZE - sizeof(trapframe_t)); + +243 *(proc->tf) = *tf; + +244 + +245 proc->tf->gpr[10] = 0; + +246 proc->tf->gpr[2] = (esp == 0) ? (uintptr_t)proc->tf -4 : esp; + +247 + +248 proc->context.ra = (uintptr_t)forkret; + +249 proc->context.sp = (uintptr_t)(proc->tf); + +250 } + +​ 在函数中，首先对传入的栈帧进行拷贝，并且将上下文中的ra设置为地址forkret，将sp设置为该栈帧。 + +​ 完成以上几步后，我们为子进程设置pid，将其加入到进程链表当中，并且设置其状态为就绪。 + +​ + +**6.2.3 上下文切换** + +​ 每个进程都有着自己的上下文，在进程间切换时，需要对上下文一并切换。 + +​ 在pk/proc.c的cpu_idle中有以下代码： + +374 void + +375 cpu_idle(void) { + +376 while (1) { + +377 if (currentproc->need_resched) { + +378 schedule(); + +379 } + +380 } + +381 } + +​ 在当前进程处于need_resched状态时，会执行调度算法schedule，其代码如下： + + 16 void + + 17 schedule(void) { + + 18 list_entry_t *le, *last; + + 19 struct proc_struct *next = NULL; + + 20 { + + 21 currentproc->need_resched = 0; + + 22 last = (currentproc == idleproc) ? &proc_list : &(currentproc->list_link); + + 23 le = last; + + 24 do { + + 25 if ((le = list_next(le)) != &proc_list) { + + 26 next = le2proc(le, list_link); + + 27 if (next->state == PROC_RUNNABLE) { + + 28 break; + + 29 } + + 30 } + + 31 } while (le != last); + + 32 if (next == NULL || next->state != PROC_RUNNABLE) { + + 33 next = idleproc; + + 34 } + + 35 next->runs ++; + + 36 if (next != currentproc) { + + 37 proc_run(next); + + 38 } + + 39 } + + 40 } + + + +​ 在schedule函数中找到下一个需要执行的进程，并执行，执行代码proc_run如下： + +145 void + +146 proc_run(struct proc_struct *proc) { + +147 if (proc != currentproc) { + +148 bool intr_flag; + +149 struct proc_struct *prev = currentproc, *next = proc; + +150 currentproc = proc; + +151 write_csr(sptbr, ((uintptr_t)next->cr3 >> RISCV_PGSHIFT) | SATP_MODE_CHOICE); + +152 switch_to(&(prev->context), &(next->context)); + +153 + +154 } + +155 } + +​ 当传入的proc不为当前进程时，执行切换操作： + +7 switch_to: + + 8 # save from's registers + + 9 STORE ra, 0*REGBYTES(a0) + + 10 STORE sp, 1*REGBYTES(a0) + + 11 STORE s0, 2*REGBYTES(a0) + + 12 STORE s1, 3*REGBYTES(a0) + + 13 STORE s2, 4*REGBYTES(a0) + + 14 STORE s3, 5*REGBYTES(a0) + + 15 STORE s4, 6*REGBYTES(a0) + + 16 STORE s5, 7*REGBYTES(a0) + + 17 STORE s6, 8*REGBYTES(a0) + + 18 STORE s7, 9*REGBYTES(a0) + + 19 STORE s8, 10*REGBYTES(a0) + + 20 STORE s9, 11*REGBYTES(a0) + + 21 STORE s10, 12*REGBYTES(a0) + + 22 STORE s11, 13*REGBYTES(a0) + + 23 + + 24 # restore to's registers + + 25 LOAD ra, 0*REGBYTES(a1) + + 26 LOAD sp, 1*REGBYTES(a1) + + 27 LOAD s0, 2*REGBYTES(a1) + + 28 LOAD s1, 3*REGBYTES(a1) + + 29 LOAD s2, 4*REGBYTES(a1) + + 30 LOAD s3, 5*REGBYTES(a1) + + 31 LOAD s4, 6*REGBYTES(a1) + + 32 LOAD s5, 7*REGBYTES(a1) + + 33 LOAD s6, 8*REGBYTES(a1) + + 34 LOAD s7, 9*REGBYTES(a1) + + 35 LOAD s8, 10*REGBYTES(a1) + + 36 LOAD s9, 11*REGBYTES(a1) + + 37 LOAD s10, 12*REGBYTES(a1) + + 38 LOAD s11, 13*REGBYTES(a1) + + 39 + + 40 ret + +​ 可以看到，在switch_to中，我们正真执行了上一个进程的上下文保存，以及下一个进程的上下文加载。在switch_to的最后一行，我们执行ret指令，该指令是一条从子过程返回的伪指令，会将pc设置为x1（ra）寄存器的值，还记得我们在copy_thread中层将ra设置为forkret嘛？现在程序将从forkret继续执行： + +160 static void + +161 forkret(void) { + +162 extern elf_info current; + +163 load_elf(current.file_name,¤t); + +164 + +165 int pid=currentproc->pid; + +166 struct proc_struct * proc=find_proc(pid); + +167 write_csr(sscratch, proc->tf); + +168 set_csr(sstatus, SSTATUS_SUM | SSTATUS_FS); + +169 currentproc->tf->status = (read_csr(sstatus) &~ SSTATUS_SPP &~ SSTATUS_SIE) | SSTATUS_SPIE; + +170 forkrets(currentproc->tf); + +171 } + + + +​ 我们进入forkrets： + +121 forkrets: + +122 # set stack to this new process's trapframe + +123 move sp, a0 + +124 addi sp,sp,320 + +125 csrw sscratch,sp + +126 j start_user + + + + + + 76 .globl start_user + + 77 start_user: + + 78 LOAD t0, 32*REGBYTES(a0) + + 79 LOAD t1, 33*REGBYTES(a0) + + 80 csrw sstatus, t0 + + 81 csrw sepc, t1 + + 82 + + 83 # restore x registers + + 84 LOAD x1,1*REGBYTES(a0) + + 85 LOAD x2,2*REGBYTES(a0) + + 86 LOAD x3,3*REGBYTES(a0) + + 87 LOAD x4,4*REGBYTES(a0) + + 88 LOAD x5,5*REGBYTES(a0) + + 89 LOAD x6,6*REGBYTES(a0) + + 90 LOAD x7,7*REGBYTES(a0) + + 91 LOAD x8,8*REGBYTES(a0) + + 92 LOAD x9,9*REGBYTES(a0) + + 93 LOAD x11,11*REGBYTES(a0) + + 94 LOAD x12,12*REGBYTES(a0) + + 95 LOAD x13,13*REGBYTES(a0) + + 96 LOAD x14,14*REGBYTES(a0) + + 97 LOAD x15,15*REGBYTES(a0) + + 98 LOAD x16,16*REGBYTES(a0) + + 99 LOAD x17,17*REGBYTES(a0) + +100 LOAD x18,18*REGBYTES(a0) + +101 LOAD x19,19*REGBYTES(a0) + +102 LOAD x20,20*REGBYTES(a0) + +103 LOAD x21,21*REGBYTES(a0) + +104 LOAD x22,22*REGBYTES(a0) + +105 LOAD x23,23*REGBYTES(a0) + +106 LOAD x24,24*REGBYTES(a0) + +107 LOAD x25,25*REGBYTES(a0) + +108 LOAD x26,26*REGBYTES(a0) + +109 LOAD x27,27*REGBYTES(a0) + +110 LOAD x28,28*REGBYTES(a0) + +111 LOAD x29,29*REGBYTES(a0) + +112 LOAD x30,30*REGBYTES(a0) + +113 LOAD x31,31*REGBYTES(a0) + +114 # restore a0 last + +115 LOAD x10,10*REGBYTES(a0) + +116 + +117 # gtfo + +118 sret + +​ 可以看到在forkrets最后执行了sret，程序就此由内核切换至用户程序执行！！ + +​ \ No newline at end of file diff --git a/pictures/fig5_1.png b/pictures/fig5_1.png new file mode 100644 index 0000000000000000000000000000000000000000..7bd272eb1c17cffcc91ab0b8505b0e606d0665b6 GIT binary patch literal 3691 zcmdT{_gB+P(+?u3R0Ra-UMXsVz=c3Wii9f=2qsAR3IU{OsDVh3dXZ3+a_PZ<5W#>* zPq2jE)CWfmPVMpwa@ecETxXaJmhBthNhnbm~neH7i zyBE)^^0*lrZfJ6wyEXq#CLHwRRg$=}32|>l?8Rlc%jW7t!#?HRPtN+4sQ!!&;{Js| zOhN%>XK$})cu@JKQOvLHjg2`=2W7?_4}+g>4L;~q8{67 z-QM|LK2)YxQA6&&7!JxfNG@XNREdwnVeR4T(@p$OWUjSEvA4Gu#a?7nSJMU)Ec(A6 zz{ujne6js_6( zAS1qKF@Km%NCfIh_0Ru)H{W{xqy2czD?(=@P`~TP!c(rNW@oTtom;S&F7dYwhcWN9NB zxAQVb)VxAzxNUcdS-WR$Bb;i#+59_|Z2G-|P0bVaaYlC*9oiMr&y1$g(VdBts{7TE z296MlRmhsahC>vr&I|u!?zEXjUX%N( z6xWETm2I;;+UN9_Nl)5=`d{u}>LtUcI*=UO!xtikU*w-@x_!Rs>v>MF{5$iVD8|X9 zlv}#$6x}04z9Gi5e5ii1WJP+9dP;^INd9xCC5nqY_5~BEerYFEXc5LO*OEa-glV?Pk+Iaz(XQe#GVitD941k!QuoL99n*fSUxsV&?AG!_~HWR_ZGJ zUZ{VOR6PCRD?XSj#q~uprlbT&at^mbNPvEhbVQ7~a$(Y%+0^tm=f#%%r^%Q~rXO}f zIa0AHi_>t78&9roO+g$d7*l`dru7ao#h&l_vwaTt$yt`sIB<#HG}eup!*4>B zFCDCm15nGw=*irTo-;~nf%bS|)Cg0>>Rl;1(^H8nG0pSf&|KR`-P87VD`0Kxmvm&eY-k+tW5ePyzsan)HB3-Cypy5t()vJU|2FnN$}#y? z?vI6XJ){Sqvk4nuyo%l3XmKg_AkA+c*EMutAh{_brN^wfHkonlv5=owzQE;nLz;$P z7^8Ok?981hgTl3K)IxUQoljX0kM}z_EFaCUZfN}6 z7^N=~)muQ1a-JKK3{#?63S*y})M<7$W5&L9yr4?k8Pxj5i*VUWy0eey9iP2Fl5L0n zGG1m>lW<+y6@0r&=Mz#e2CvZ=^|(*C$DLKkZD$?P?TS_yeWG3|U*kw!uKZ4*d;B{3 zenp)BE|BPaX(%?+qPjI3alC9RmXzcmZh4pG&Ting@IB@0}*bkxTlTwW^2rbMGL zW7wpFJ+?kTG=|B2^>;^2de&I$gXWnZJI>ycwT~M=Y>z4md41ZC3LjK0RXzdu8kuP| zD|a^|YDd0#Hfm<>T*;)JYLq4j294ZX^a)=G_<}`2a;^jy%S+%bHr#@7dp(+7 z*#IhsHP7Xmk{T#qw(_A5gW_V#+KQ*7q_ey=N?8P+OFt|(i_hEAW|-QkzH(2xeaSG1 zN;5xk+k*vT>3;LBipix?P!CNLufNJay%IFIaaD>xuw4SJZ>rg3<()cK2msGi=5|(Y zZl+a3C6$n;)6ccU2nXFT8Wq2X_PPfvSd6>KA6hF6q{vA5YRghy%raW-%H)Itu(TQv z^)@PasPbtQr*y^oE2-8WTY$GB2h4?*T&mhuKlb76&uH2MWWnO~&5S>G&7`k!WuAxO zBkG)N;FJ#-IsyXOL;R3BRK<3Yg*Zg2WP_#Hv37=sOs@8h-Rze6nw9a}%3bv&ptn%m zVyF^(>GZ9ayLZzP=ckCXZXZ=~-i{;d0na!+J&v6xojsO{8lzN)Aofe|!i?GgF`X(e zx%VC#r{j62JDu|^#GZ~|AH571#y*bNa8ndNngG7mH_WsrsrSmwgS(LF89dzMwt>PL z(&DqU513vSQR7~GnS992z8OdLihOO$$ zE4DDWmD?%c!@t#8&zl848D$ri*RPkYRPu3r8jX$CjnXpK>47E~U?RN+mkp2z6V{Sw zF^VYTQ^N|=VGyR3yUhu7|0BZxi+lvR;aFw-0RLx>Z_;D|(A%4z8*lOcH4>M*n3YlD zsBg+vpCJRis`0#xvKh?#j9$MN0Yw?tV%av^w2v9W?xTG!I#vw~x9Mp(i8+wA0B%QK z_3aN!&%P_^a*=36YzDb}2Au36l)VW);6D!-9v`-?mNxqyo_1BC`V9^Ttd5HrR&QR= zIg{LRuNyOl!rZc3|JiiESmtwCDJ*K+Ms8hoB~8@933XzKcLNZ6CEo=MXsJyeahBd> z*s;o2PU2Zal{(2F6vRi}(Hfq(@X1*|@J&zuABt*4xcKqQ?OHSqy^+DWL{@4;6JEl&Oh$V*LDe~ONF zE~m%6ZYpAV*I83WnDrM)LNjH#_VYCk^P-okvcgL$@`BKi>JP&}$)6z`t)hii&n=Pe zJ?vR%`nfXr+!-Qi{P2o@oBB*Xuz<5&zY^nWvTYAsG@LA8v~jP`6U(>GT-K=MsOQwh zkD&%!X4ZtBoluzNgtTWHr!pyYltG)K>No4(FPII2eAZlq*aNlBAYu&B zh@U?qZck*29}z!|98c7oC34SAyf3ckn^cXH&)C4&!)~mXBvuplqHK>u0tc#OypVg(QUW=-dIC2!@~5ilmaog&8`&hyI_za2Uw`&i5~} z=fN}Ww?k?{AZnV7*0si~vmQpoy~(x%R6Y)egQBpgWq{znEtv<}6!O3BjLJ_F`BxR& b#p|~C#&$i%iYCxTzg1S|s7rJ+kNE!rXXO-l literal 0 HcmV?d00001 diff --git a/pictures/fig5_2.png b/pictures/fig5_2.png new file mode 100644 index 0000000000000000000000000000000000000000..40774887b616ab2a62fe84a298c1c635ad35908d GIT binary patch literal 2883 zcmb_e`9Bl>AD?@KGKnan#;`ex97B$kV{N$#laV4LSNSl62yM9{=E!|y%sC{vmLpA+ zg=!c@Q_7Lt5#RZKzkkB#hxhySem&ps$K(BaydJOD^YtWJqs>Kxq=f(gfQY39!WIDF z;pd!Hf!v%O6$xDD7_K|E=B9v}x5wr<4)0A9lnDS(pK@U58Xw0O46tyz0{|QW?=LP( z+f%;)0HIHo2orleb|Du|9jODw3p(|PycGfx{KRZZZ{2&OQmLqTLm+lQ6v%v88X_-V zci68PnzH8QM6Ft9yxx-xy_GbQGL^G8Fw?dr!1)3Y5VnpfE;ttz$!nbSuHfAGNe!Vr z?N0)qnfQ%GR#fn>-M`^*F+la!?%&oX#isctgu1$V)b7rf96-MF?Egj;|c@f8p0dm|0Rb=i$b`%D8R2|yXRXfSsr4HW${8Z3R#v3Qsp$!pJn z?(-nEWa|*+d?X;51Mv%xybRok=mStOYYrqV3T5DFpu8iF3WY*YF{xvY#mo1=`mj2L zaYj9i@i(~rZsB1OIkk`DENqr04@pc;jX@}%ja+GHm3{2;Y<}|4LY)`!FA3s6k4cBK zBS$Otjx6{l%RfVGu|?Cbx(20gViI(G?Y5ydS8$kS9_!MIE*vP_9@$AE_&4_Xh+j@h z2yQ_g6lp$?5fHkT6MuK8?IgbUs8Tw6mF?Xn{3XJjct>^`+>rZBFW?V0_=5KC9j(_S z)~wHhQg5&6hXVY57OgclDji8XGcq*lQ}&SCyPKkrBfAU=>HTN+0`I_w_0nwR!lO-ZEP!a#$vW zqBS@kU8l^POe;%$LhC-l_gX>u=^WXd2}JtqrZCPra@DTCGIKM#ocgR|HU?=tt!-ji(mWVZxeh}U_H)_B{1 zuu=TolSI!ntf_lsdB$s&Me-_3Bj)sndZv2%REtQ;e!wg#W{HeZ2=Y{f&ztOSFD?{a z;zWj-hxm7eW%~qFtWSGFs6O&kh>2C&m3L~`)1K!JPjFG@&1+yG_1G_~SN~f=kQii> zeSi96+3+<3MBp;(vv2%+mMQ+`px>s&HT^!Qdic(jfGnWoXM9DtM<&}FWb-ib!}x|v z@tRftVC7p#KH5a)fd0czPum|#?JR*jNHg6C`dB%3fGcTHX*noC$KURqCozqk+-i1{ znvj{uq_4K*udAR4KCkEPbO*gsyhBBiH;f1=9Yjx~+;8e+R0ueQ_=6JNTrbvm^hIi1 zrbuK#IcvzfYp!FJs&f)eLE5jUV?2Cyq7^5%)_wq+(}@O5AVYYZ8b+No(| z`866I6Ff^x&T+dgomqNRMX0=dtOWC-8FA-HUV*mm#ZE$wZq3SWwPa*~jIYqT52kj3=TJ`)EY;Ogc{NmkLMMEKUzFK(_uiB^KqkmvC$_P%CbvB{ zL!0-5*{-NDHFGc*y-u7~Z5heV(46pJY7U=>ay2z@uQ$1svRNPT-5O*mK!)Vzdvmgs z972qp@;Nl0H7MB1((05;3mBelDz2qwqqhwv=~QTI(Q#kCM^uE?ck+lq7nMT5AJ2JS z27aijr%l^36r`w3raaWMm084KdL&jV2-gNdac{Dvfh($3HHX+2LelZLgziZ}gKV&s zb~NFSu@W_*Hn9kK&7nQ)Hlz!H>qxWEKXG}2Om!~Y&q{s|=;(9%6rl@3+1U1j@4G-& zjYrXW*d=m<42JLGV2#;iz(6KJ8NM_u`0H90**M64dg#@Eavt<=S z(~-_H!{-e{(=S&k@H0VR5*&NG45IU*pl1b!URCpKTLKvt7BPDr`k->bSvrT?uX*Za zjWUOZK9alfULAY%Z4?DV%-}AYKWlWwzbr9GSwjx}eku34_yj+iEptZcmKDF`1}j~_ z>w0{x*K0%9`nZQurpU&Q+zO|F_QGWI!tw8ZAXgtvzQ*^hgz^Ri(K60xh&De>*R<_j zY+G%6MVhcunB(S)8$N!6!=z&%zPP{yuxhONF))9!@w|)4r5V=H+YR8Z;;tE2PFTcr z-ij(!a@UrY4seF?nJxx~@ijf#C1rBm?5~Iwx|!i9&|f2j`@xv~7p*+Q$}&5omSC!1 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