ucore-lab3部分实验报告

LAB5实验报告实验目的：●了解第一个用户进程创建过程●了解系统调用框架的实现机制●了解ucore如何实现系统调用sys_fork/sys_exec/sys_exit/sys_wait来进行进程管理实验内容：实验4完成了内核线程，但到目前为止，所有的运行都在内核态执行。

实验5将创建用户进程，让用户进程在用户态执行，且在需要ucore支持时，可通过系统调用来让ucore提供服务。

为此需要构造出第一个用户进程，并通过系统调用sys_fork/sys_exec/sys_exit/sys_wait 来支持运行不同的应用程序，完成对用户进程的执行过程的基本管理。

一．练习练习0：填写已有实验根据提示，对标注LAB5 YOUR CODE : (update LAB4 steps)的部分进行一定的改动。

Kern/trap/trap.c:/* LAB1 YOUR CODE : STEP 3 *//* handle the timer interrupt *//* (1) After a timer interrupt, you should record this event using a global variable (increase it), such as ticks in kern/driver/clock.c* (2) Every TICK_NUM cycle, you can print some info using a funciton, such as print_ticks().* (3) Too Simple? Yes, I think so!*//* LAB5 YOUR CODE *//* you should upate you lab1 code (just add ONE or TWO lines of code):* Every TICK_NUM cycle, you should set current process'scurrent->need_resched = 1*/ticks ++;if (ticks % TICK_NUM == 0) {assert(current != NULL);current->need_resched = 1;}/* LAB1 YOUR CODE : STEP 2 *//* (1) Where are the entry addrs of each Interrupt Service Routine (ISR)?* All ISR's entry addrs are stored in __vectors. where is uintptr_t __vectors[] ?* __vectors[] is in kern/trap/vector.S which is produced by tools/vector.c* (try "make" command in lab1, then you will find vector.S in kern/trap DIR)* You can use "extern uintptr_t __vectors[];" to define this extern variable which will be used later.* (2) Now you should setup the entries of ISR in Interrupt Description Table (IDT).* Can you see idt[256] in this file? Yes, it's IDT! you can use SETGATE macro to setup each item of IDT* (3) After setup the contents of IDT, you will let CPU know where is the IDT by using 'lidt' instruction.* You don't know the meaning of this instruction? just google it! and check the libs/x86.h to know more.* Notice: the argument of lidt is idt_pd. try to find it!*//* LAB5 YOUR CODE *///you should update your lab1 code (just add ONE or TWO lines of code), let user app to use syscall to get the service of ucore//so you should setup the syscall interrupt gate in hereextern uintptr_t __vectors[];int i;for (i = 0; i < sizeof(idt) / sizeof(struct gatedesc); i ++) {SETGATE(idt[i], 0, GD_KTEXT, __vectors[i], DPL_KERNEL);}SETGATE(idt[T_SYSCALL], 1, GD_KTEXT, __vectors[T_SYSCALL], DPL_USER);lidt(&idt_pd);Kern/process/proc.c:static struct proc_struct *alloc_proc(void) {struct proc_struct *proc = kmalloc(sizeof(struct proc_struct));if (proc != NULL) {//LAB4:EXERCISE1 YOUR CODE/** below fields in proc_struct need to be initialized* enum proc_state state; // Process state* int pid; // Process ID* int runs; // the running times of Proces * uintptr_t kstack; // Process kernel stack* volatile bool need_resched; // bool value: need to be rescheduled to release CPU?* struct proc_struct *parent; // the parent process* struct mm_struct *mm; // Process's memory management field* struct context context; // Switch here to run process* struct trapframe *tf; // Trap frame for current interrupt* uintptr_t cr3; // CR3 register: the base addr of Page Directroy Table(PDT)* uint32_t flags; // Process flag* char name[PROC_NAME_LEN + 1]; // Process name*/proc->state = PROC_UNINIT;proc->pid = -1;proc->runs = 0;proc->kstack = 0;proc->need_resched = 0;proc->parent = NULL;proc->mm = NULL;memset(&(proc->context), 0, sizeof(struct context));proc->tf = NULL;proc->cr3 = boot_cr3;proc->flags = 0;memset(proc->name, 0, PROC_NAME_LEN);//LAB5 YOUR CODE : (update LAB4 steps)/** below fields(add in LAB5) in proc_struct need to be initialized* uint32_t wait_state; // waiting state* struct proc_struct *cptr, *yptr, *optr; // relations between processes*/proc->wait_state = 0;proc->cptr = proc->yptr = proc->optr = NULL;}return proc;}intdo_fork(uint32_t clone_flags, uintptr_t stack, struct trapframe *tf) {int ret = -E_NO_FREE_PROC;struct proc_struct *proc;if (nr_process >= MAX_PROCESS) {goto fork_out;}ret = -E_NO_MEM;//LAB4:EXERCISE2 YOUR CODE/** Some Useful MACROs, Functions and DEFINEs, you can use them in below implementation.* MACROs or Functions:* alloc_proc: create a proc struct and init fields (lab4:exercise1)* setup_kstack: alloc pages with size KSTACKPAGE as process kernel stack* copy_mm: process "proc" duplicate OR share process "current"'s mm according clone_flags* if clone_flags & CLONE_VM, then "share" ; else "duplicate"* copy_thread: setup the trapframe on the process's kernel stack top and* setup the kernel entry point and stack of process* hash_proc: add proc into proc hash_list* get_pid: alloc a unique pid for process* wakup_proc: set proc->state = PROC_RUNNABLE* VARIABLES:* proc_list: the process set's list* nr_process: the number of process set*/// 1. call alloc_proc to allocate a proc_struct// 2. call setup_kstack to allocate a kernel stack for child process // 3. call copy_mm to dup OR share mm according clone_flag // 4. call copy_thread to setup tf & context in proc_struct// 5. insert proc_struct into hash_list && proc_list// 6. call wakup_proc to make the new child process RUNNABLE // 7. set ret vaule using child proc's pidif ((proc = alloc_proc()) == NULL) {goto fork_out;}proc->parent = current;assert(current->wait_state == 0);if (setup_kstack(proc) != 0) {goto bad_fork_cleanup_proc;}if (copy_mm(clone_flags, proc) != 0) {goto bad_fork_cleanup_kstack;}copy_thread(proc, stack, tf);bool intr_flag;local_intr_save(intr_flag);{proc->pid = get_pid();hash_proc(proc);set_links(proc);}local_intr_restore(intr_flag);wakeup_proc(proc);ret = proc->pid;//LAB5 YOUR CODE : (update LAB4 steps)/* Some Functions* set_links: set the relation links of process. ALSO SEE: remove_links: lean the relation links of process* -------------------* update step 1: set child proc's parent to current process, make sure current process's wait_state is 0* update step 5: insert proc_struct into hash_list && proc_list, set the relation links of process*/fork_out:return ret;bad_fork_cleanup_kstack:put_kstack(proc);bad_fork_cleanup_proc:kfree(proc);goto fork_out;}练习1：加载应用程序并执行do_execv函数调用load_icode（位于kern/process/proc.c中）来加载并解析一个处于内存中的ELF执行文件格式的应用程序，建立相应的用户内存空间来放置应用程序的代码段、数据段等，且要设置好proc_struct结构中的成员变量trapframe中的内容，确保在执行此进程后，能够从应用程序设定的起始执行地址开始执行。

《ucorelab2》实验报告资源1.2.练习1：实现 first-fit 连续物理内存分配算法题⽬在实现first fit 内存分配算法的回收函数时，要考虑地址连续的空闲块之间的合并操作。

提⽰:在建⽴空闲页块链表时，需要按照空闲页块起始地址来排序，形成⼀个有序的链表。

可能会修改default_pmm.c中的default_init，default_init_memmap，default_alloc_pages，default_free_pages等相关函数。

请仔细查看和理解default_pmm.c中的注释。

请在实验报告中简要说明你的设计实现过程。

请回答如下问题：你的first fit算法是否有进⼀步的改进空间？解答我的设计实现过程1. 由于default_pmm.c⽂件中已经提供了⼀种内存分配算法的实现，因此我的设计是在default_pmm.c的基础上修改实现的。

2. 分配内存：default_pmm的现有算法在分配内存时和first fit基本相同，都是遍历空闲链表，找到第⼀个不⼩于待申请的物理页数⽬的空闲block。

如果空闲block的物理页数⽬刚好等于待申请的数⽬，那么直接将该空闲block全部分配给申请者，具体⽽⾔需要将该空闲block对应的节点page_link从空闲链表中移除、更新空闲页⾯的总数nr_free、设置该空闲block的property以标识其已被分配。

如果空闲block的物理页数⽬⼤于待申请的数⽬，那么将空闲block拆分成两个block，第⼀个block的物理页数⽬等于待申请的数⽬，第⼆个block的物理页数⽬为剩余的数⽬。

具体⽽⾔，⾸先，和第⼀种情况类似，需要将第⼀个block对应的节点page_link从空闲链表移除、更新空闲页⾯的总数nr_free、设置第⼀个block的property以标识其已被分配。

然后，需要将第⼆个block对应的节点Page_link插⼊到空闲链表中。

Lab3 实验报告任务一：完成alloc_proc函数alloc_proc是申请一个新进程的函数，主要是申请一个进程结构体并对其中的一些变量进行初始化。

首先为其申请一块物理内存：struct proc_struct *proc = kmalloc(sizeof(struct proc_struct))；变量初始化：proc->state = PROC_UNINIT；//未初始化状态proc->pid = -1；//进程idproc->runs = 0；//已调度的次数proc->kstack = 0；//内核栈指针proc->need_resched = 0；//是否需被调度proc->parent = NULL；//父进程指针proc->mm = NULL；// 内存管理信息memset(&proc->context, 0, sizeof(struct context))；//清零proc->tf = NULL；//中断帧的指针proc->cr3 = boot_cr3；//设置CR3为页目录表地址proc->flags = 0；//标志位set_proc_name(proc, "")；//清空list_init(&proc->list_link)；//初始化链表list_init(&proc->hash_link)；//初始化链表任务二：根据注释，完成do_fork函数判断是否已存在进程数超过给定要求：if (nr_process > MAX_PROCESS)goto fork_out；为新进程申请进程块：proc = alloc_proc()；设置当前进程为新进程的父进程：proc->parent = current；为进程分配一个内核栈：setup_kstack(proc)；复制原进程内存管理信息到新进程：copy_mm(clone_flags, proc)；复制原进程上下文到新进程：copy_thread(proc, stack, tf)；保存中断符：uint32_t flag；将新进程添加到进程列表：local_intr_save(flag)；设置进程：IDproc->pid = get_pid()；设置进程hash链信息：hash_proc(proc)；将进程加入进程链表：list_add(&proc_list, &(proc->list_link))；进程数加：1nr_process ++；重载中断符：local_intr_restore(flag)；唤醒新进程：wakeup_proc(proc)；返回新进程号：ret = proc->pid。

Lab2 实验报告任务一：根据代码中的提示完成get_pte函数在一级页表中查找二级页表：pde_t *pdepage=&pgdir[PDX(la)]；如果二级页表不存在，即：(*pdepage & PTE_P)==0；再看是否需要创建，如果需要创建，那么申请一页新的物理页：page = alloc_page() 然后设置映射标志：set_page_ref(p, 1)；清零：uintptr_t pa = KADDR(page2pa(page))；memset(pa, 0, PGSIZE)；设置用户权限：*pdepage = page2pa(p) | PTE_USER；如果已经存在了，那么可以直接返回它的物理地址：return &((pte_t*)KADDR(PDE_ADDR(*pdepage)))[PTX(la)]任务二：把page_rmovepte函数补全，仔细阅读page_insert函数了解映射过程，以及函数上面的注释来完成这个练习释放一个二级页表首先要看看它是否还映射到了其他页上，如果有映射，那么就不能释放。

这个判断的函数在pmm.h中有定义：static inline intpage_ref_dec(struct Page *page) {return atomic_sub_return(&(page->ref), 1);}也就是将映射变量减一：page_ref_dec(page)，观察返回值，如果为0，那么就说明pte没有再映射到其他页，可以释放：if (page_ref_dec(p) == 0)free_pages(p, 1);同时每次释放或添加页的时候都要更新一次TLB表：tlb_invalidate(pgdir, la)。

任务三：实现page_pgtable_items函数根据提示情况可知：table是要查的页表、left---right是需要查找的表项范围、left_store------right_store是连续权限相同的表项的范围、start是开始查找的位置要查找相同选项的页，采取的算法是从start开始从左到右，*left_store = start；找到第一个有效页(table[start] & PTE_P) ！= 0然后观察其权限并记录：table[start] & PTE_USER继续往下找连续的相同权限的页，找到第一个权限不同的页时，以其为右边界(*right_store = start)即可。