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Lab Traps

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Lab Traps

前置知识

一、stack

  1. stack储存方式和heap相反，它是向下增长的，有两个重要的寄存器，fp和sp。fp指向当前frame的顶(上)，sp指向的是当前frame的底(下)。
  2. stack中函数的return address和上一个fp的地址储存在当前fp的固定偏移量上，通过lab hints我们可以知道一个是-8，一个是-16。

Task RISC-V assembly

根据实验提示，我们make fs.img出user/call.asm来分析。

1. 

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24:	4635                	li	a2,13

可以看出a2储存了13。

2. 

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26:	45b1                	li	a1,12

可以看出编译器使用了inline优化，直接算出了12并储存在a1中。

3. 

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30:	00000097          	auipc	ra,0x0
34:	610080e7          	jalr	1552(ra) # 640 <printf>

可以看出printf在640位置上。注意auipc这个指令，它把0这个立即数左移12位并加上pc(+4)的值后赋给了ra，然后加上了1552找到了printf

  1. jalr这个指令会把当前pc加4(指向下一条pc指令)并赋给ra

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    unsigned int i = 0x00646c72;
    printf("H%x Wo%s", 57616, &i);

    输出的是HE110 World。前一个%x是十六进制转换，后一个因为riscv是”little-endian”，他会从后往前转换字符。

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    printf("x=%d y=%d", 3);

    因为printf的format储存在a0，3存储在a1，所以当它试图print第二个数时，就会把a2中的无关值输出出来。

Task Backtrace

这个task要求我们实现一个回溯的syscall，它通过遍历整个stack来输出所有stack frame中的函数地址。

  1. 根据提示添加r_fp()，并在sys_sleep中添加backtrace()。
  2. 因为fp的存在和上一个fp地址的储存，我们可以通过类似遍历链表的方式将stack从下到上遍历一遍，每遍历到一个frame我们就print出它储存的return address。注意添加def.h
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    // printf.c
    void backtrace(void)
    {
      printf("backtrace:\n");
      uint64 cur_fp = r_fp(); // 当前fp
      uint64 top_fp = PGROUNDUP(cur_fp); // PGROUNDUP可以找到当前stack的顶
      while(top_fp > cur_fp)
      {
        uint64 va = *(pte_t *)(cur_fp - 0x08);
        printf("%p\n", va);
        cur_fp = *(pte_t *)(cur_fp - 0x10); // 跳转到前一个fp
      }
    }

Task Alarm

这个task要求我们实现一个alarm功能，每当clock中断执行一定的次数后，就会调用这个alarm函数(注意这个函数是xv6自带的)，输出一个alarm！。

  1. 首先，我们需要在proc结构体里保存三个需要的参数，分别是clock需要执行的次数，alarm函数的地址和clock已经执行的次数，并把它们在allocproc初始化。
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    // proc.h
    ...
      char name[16];               // Process name (debugging)
      int alarm_pe;
      void (*alarm_handler)();
      int ticks;
    ...
    ...
    // proc.c/ allocproc()
      p->alarm_handler = 0;
      p->alarm_pe = 0;
      p->ticks = 0;
    ...
  2. 当一个用户函数要初始化alarm功能时，他需要呼叫sys_sigalarm。我们需要实现这个syscall。关于sys_sigreturn，你可以先写上它并只让它返回0。(还记得那些步骤吗，此处省略了)
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    uint64 
    sys_sigalarm(void)
    {
      struct proc *prc = myproc();
      int period;
      if (argint(0, &period) < 0) // 读入周期
        return -1;
      uint64 p;
      if (argaddr(1, &p) < 0) // 读入alarm地址
        return -1;
      
      prc->alarm_pe = period;
      prc->alarm_handler = (void(*)())p;
      prc->ticks = 0;
      return 0;
    }

    uint64 
    sys_sigreturn(void){
      return 0;
    }
  3. 我们需要修改usertrap，每次发生clock interrupt的时候给ticks加一，当ticks等于alarm_pe的时候就将alarm地址写入异常中断寄存器epc中。然后系统就会中断并自动调用alarm。此时第一个小任务完成。
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    if(which_dev == 2) {
      p->ticks ++;
      if (p->alarm_pe != 0 && p->ticks == p->alarm_pe && p->isalarm == 0) {
        p->trapframe->epc = (uint64)p->alarm_handler;//set the address of syscall alarm
        p->ticks = 0;//it can also be set in sys_sigreturn
      }
  4. 因为alarm调用被设为一个中断，所以必须将调用alarm前所有的user寄存器保存起来，防止中断后对用户寄存器的复写。同时，因为xv6并行，在处理完一个alarm之前不能进行另一个alarm的处理，因此我们需要一个标志来记录当前是否有alarm在处理。因此需要在proc里再添加两个参数。它们需要被初始化，trapframe用完要释放。
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    // proc.h
      int isalarm;
      struct trapframe *atrapframe;

    // proc.c/ allocproc()
      p->isalarm = 0;

    // proc.c/ freeproc()
    static void
    freeproc(struct proc *p)
    {
      if(p->trapframe)
        kfree((void*)p->trapframe);
      if(p->atrapframe)
        kfree((void*)p->atrapframe); // 释放
      p->trapframe = 0;
      p->atrapframe = 0;
      if(p->pagetable)
        proc_freepagetable(p->pagetable, p->sz);
      p->pagetable = 0;
      p->sz = 0;
      p->pid = 0;
      p->parent = 0;
      p->name[0] = 0;
      p->chan = 0;
      p->killed = 0;
      p->xstate = 0;
      p->state = UNUSED;
      p->isalarm = 0; // 恢复
    }
  5. 修改usertrap来保存寄存器并设置isalarm。
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    if(which_dev == 2) {
        p->ticks ++;
        if (p->alarm_pe != 0 && p->ticks == p->alarm_pe && p->isalarm == 0) {
          p->isalarm = 1;//set alarm flag
          *p->atrapframe = *p->trapframe;//备份寄存器
          p->trapframe->epc = (uint64)p->alarm_handler;//set the address of syscall alarm
          p->ticks = 0;//it can also be set in sys_sigreturn
        }
        yield();    
      }
  6. 最后，在sigreturn中，我们需要恢复所有的寄存器，恢复isalarm。
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    uint64 
    sys_sigreturn(void){
      struct proc* p = myproc();
      if (p->isalarm){
        p->isalarm = 0;
        *p->trapframe = *p->atrapframe;//恢复寄存器
      }
      return 0;
    }
    至此，lab traps结束。