chapter4练习¶
编程作业¶
重写 sys_get_time 和 sys_task_info¶
引入虚存机制后，原来内核的 sys_get_time 和 sys_task_info 函数实现就无效了。请你重写这个函数，恢复其正常功能。
mmap 和 munmap 匿名映射¶
mmap 在 Linux 中主要用于在内存中映射文件， 本次实验简化它的功能，仅用于申请内存。
请实现 mmap 和 munmap 系统调用，mmap 定义如下：
fn sys_mmap(start: usize, len: usize, port: usize) -> isize
syscall ID：222
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），将其映射到 start 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，要求按页对齐
len 映射字节长度，可以为 0
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。其他位无效且必须为 0
返回值：执行成功则返回 0，错误返回 -1
- 说明：
为了简单，目标虚存区间要求按页对齐，len 可直接按页向上取整，不考虑分配失败时的页回收。
- 可能的错误：
start 没有按页大小对齐
port & !0x7 != 0 (port 其余位必须为0)
port & 0x7 = 0 (这样的内存无意义)
[start, start + len) 中存在已经被映射的页
物理内存不足
munmap 定义如下：
fn sys_munmap(start: usize, len: usize) -> isize
syscall ID：215
取消到 [start, start + len) 虚存的映射。特别地，在 rCore 课程实验中，正确执行的 sys_munmap 仅会对应 唯一且完整 的 mmap 区间，不考虑交叉、截断区间的情况。
参数和返回值请参考 mmap
- 说明：
为了简单，参数错误时不考虑内存的恢复和回收。
- 可能的错误：
[start, start + len) 中存在未被映射的虚存。
tips:
一定要注意 mmap 是的页表项，注意 riscv 页表项的格式与 port 的区别。
你增加 PTE_U 了吗？
实验要求¶
实现分支：ch4。
实现 mmap 和 munmap 两个系统调用，通过所有测例。
实验目录请参考 ch3，报告命名 lab2.md/pdf
TIPS：注意 port 参数的语义，它与内核定义的 MapPermission 有明显不同！
问答作业¶
请列举 SV39 页表页表项的组成，描述其中的标志位有何作用？
- 缺页
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，描述相关重要寄存器的值，上次实验描述过的可以简略。
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？
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。
处理 10G 连续的内存页面，对应的 SV39 页表大致占用多少内存 (估算数量级即可)？
请简单思考如何才能实现 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？
双页表与单页表
为了防范侧信道攻击，我们的 os 使用了双页表。但是传统的设计一直是单页表的，也就是说， 用户线程和对应的内核线程共用同一张页表，只不过内核对应的地址只允许在内核态访问。 (备注：这里的单/双的说法仅为自创的通俗说法，并无这个名词概念，详情见 KPTI )
在单页表情况下，如何更换页表？
单页表情况下，如何控制用户态无法访问内核页面？（tips:看看上一题最后一问）
单页表有何优势？（回答合理即可）
双页表实现下，何时需要更换页表？假设你写一个单页表操作系统，你会选择何时更换页表（回答合理即可）？