proj7：支持缺页异常和VMA结构

proj7项目组成

  1. proj7
  2. |   |-- init
  3. |   |   `-- init.c   
  4. |   |-- mm
  6. |   |   |-- pmm.c
  7. |   |   |-- pmm.h
  8. |   |   |-- vmm.c
  9. |   |   `-- vmm.h
  10. |   |-- sync
  11. |   |   `-- sync.h
  12. |   `-- trap
  13. |       |-- trap.c
  15. |-- libs
  16. |   `-- x86.h

相对与proj6，proj7主要修改和增加的文件如下：

  • init.c：在kern_init中增加调用初始化虚存管理函数vmm_init
  • pmm.[ch]：增加pgdir_alloc_page函数，完成分配一个空闲物理页，并设置好页表项，完成正确的虚拟地址到物理地址的转换；
  • trap.c：完成对缺页异常的基本操作，调用vmm.c中的do_pgfault函数完成具体的缺页处理；
  • x86.h：完成对控制寄存器CR1和CR2的读操作；
  • vmm.[ch]：新增的文件，主要是建立vma_struct结构，用于描述不存在的虚拟内存，并完成针对此结构的相关操作函数。

proj7编译运行

编译并运行proj7的命令如下：

  1. make
  2. make qemu

则可以得到如下显示界面

  1. chenyu@chenyu-laptop:~/oscourse/branches/testing/chyyuu/proj7$ make qemu
  2. (THU.CST) os is loading ...
  4. Special kernel symbols:
  5.   entry  0xc010002c (phys)
  6.   etext  0xc010ae5f (phys)
  7.   edata  0xc0127aa0 (phys)
  8.   end    0xc0128cbc (phys)
  9. Kernel executable memory footprint: 164KB
  10. memory managment: buddy_pmm_manager
  11. e820map:
  12.   memory: 0009f400, [00000000, 0009f3ff], type = 1.
  13.   memory: 00000c00, [0009f400, 0009ffff], type = 2.
  14.   memory: 00010000, [000f0000, 000fffff], type = 2.
  15.   memory: 07efd000, [00100000, 07ffcfff], type = 1.
  16.   memory: 00003000, [07ffd000, 07ffffff], type = 2.
  17.   memory: 00040000, [fffc0000, ffffffff], type = 2.
  18. check_alloc_page() succeeded!
  19. check_pgdir() succeeded!
  20. check_boot_pgdir() succeeded!
  21. -------------------- BEGIN --------------------
  22. PDE(0e0) c0000000-f8000000 38000000 urw
  23.   |-- PTE(38000) c0000000-f8000000 38000000 -rw
  24. PDE(001) fac00000-fb000000 00400000 -rw
  25.   |-- PTE(000e0) faf00000-fafe0000 000e0000 urw
  26.   |-- PTE(00001) fafeb000-fafec000 00001000 -rw
  27. --------------------- END ---------------------
  28. check_slab() succeeded!
  29. size of struct mm_struct is 24, size of struct vma_struct is 40
  30. check_vma_struct() succeeded!
  31. page fault at 0x00000100: K/W [no page found].
  32. check_pgfault() succeeded!
  33. check_vmm() succeeded.
  34. ++ setup timer interrupts
  35. 100 ticks
  36. 100 ticks

通过上图，我们可以看到ucore在check_vma_struct函数中完成基于vma_struct结构的数据创建等操作，确保能够正确建立vma_struct结构，并在成功测试后打印“check_vma_struct() succeeded!”；接下来ucore创建一个描述了虚拟地址0~4K的vma_struct结构，这个0虚拟地址起始的虚拟页没有对应的物理页，所以在实际访问这个虚拟地址的时候会产生缺页异常，中断处理例程会经过如下调用：

  1. vectorXXX(vectors.S)-->\__alltraps(trapentry.S)--> trap(trap.c)-->trap_dispatch(trap.c)—
  2. -->pgfault_handler(trap.c)-->print_pgfault(trap.c)

来显示出错的位置和原因“page fault at 0x00000100: K/W [no page found].”，即在内核态对虚存地址0x100处执行写操作出现了缺页异常。并进一步调用do_pgfault函数来检测时候此虚拟地址属于某个vma_struct描述的范畴，如果是，则会分配一个物理页来对应此虚拟地址所在的虚拟页，并返回继续执行引起缺页异常的指令。如果测试能够正确执行对应的写操作指令，表明能正确处理缺页异常，则显示

  1. “check_pgfault() succeeded!”和“check_vmm() succeeded.”。