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每一个lab处在相关的分支中

xv6 os

介绍xv6操作系统

用户程序

1.riscv64-unknown-elf-gcc -Wall -Werror -O -fno-omit-frame-pointer -ggdb -gdwarf-2 -DSOL_UTIL -DLAB_UTIL -MD -mcmodel=medany -ffreestanding -fno-common -nostdlib -mno-relax -I. -fno-stack-protector -fno-pie -no-pie -march=rv64g -nostdinc -I. -Ikernel -c user/initcode.S -o user/initcode.o
2.riscv64-unknown-elf-ld -z max-page-size=4096 -N -e start -Ttext 0 -o user/initcode.out user/initcode.o
3.riscv64-unknown-elf-objcopy -S -O binary user/initcode.out user/initcode

从用户的角度进行查看以initcode.S程序为例,每一个用户程序都至少需要经历上面两个步骤。

  1. 将源代码编译成目标文件。
  2. ld链接成ELF文件的过程,xv6的用户链接脚本是从0虚拟地址开始的。
  3. 对于第一个用户程序initcode.S特有的命令直接获取执行的指令,放到proc.c文件中。

第一章需要调用user.h中的system calls来实现各种用户程序。

syscall

添加syscall系统调用,获取操作系统的资源查看系统的状态。

记录下从用户层面的syscall的流程

  1. 当执行指令ecall之后,pc会跳转到stvec陷入指令的位置,其中pc的值会保存到epc,程序跳转到uservec
  2. 然后程序会跳转到usertrap() ---> syscall(). ----> 会根据ecall指令之前设置a7寄存器的值来调用相关的系统调用
  3. 完成syscall之后usertrapret(). --->. userret() ---->继续用户程序的执行

虚拟内存

下面是一些默认的要求,那么可以分析的是在默认的要求下,用户的地址空间是2^39,物理内存的范围是2^56

#define SATP_SV39 (8L << 60)
#define MAKE_SATP(pagetable) (SATP_SV39 | (((uint64)pagetable) >> 12))

上面代表的是写入寄存器的值,之后就是默认打开虚拟地址映射了。在不同的进程中satp寄存器的值也是不一样的。首先就是根据satp寄存器的值获取页目录的地址,然后根据虚拟地址的9位获取页表项的位置,其中的页表项包含PPN(physical page number)当前物理内存中第几个页表。以及flags代表着当前页表项PPN的物理内存的访问权限。然后根据该页表项找到一级页表地址,同理不断的查找,直到真正的物理地址。注意在xv6中页目录和一级页表的flags都是PTE_V仅仅是有效的,二级页表的flags对应的是真正物理内存的访问权限。

下面对应的内核虚拟地址空间,主要就是trampoline的映射,一级每一个用户的内核栈的初始化映射。

image-20230712115001746

下面的图片介绍了用户进程的虚拟地址空间,其中text、data是由链接脚本进行定义的,之后会分配两个页面一个是保障页面(其中设置了用户进程是不可以访问的,用于防止栈溢出操作),另一个页面是stack,其中sp寄存器从高地址向低地址进行增长的过程,需要在用户中初始化相关的参数。然后是heap进行用户进程的扩充操作,对应与proc->sz。最后的两个页面trampoline页面代表的是用户陷入和陷出一段指令(页面的flag是PTE_R|PTE_X)没有PTE_U,因为在ecall之后就是kernel模式了,所以可以访问执行该页面,trapframe代表的是每一个进程保存用户上下文寄存器的页面(flag是PTE_R | PTE_W)也没有PTE_U,保存上下文操作是在kernel模式下。

image-20230712112119817

文件系统

抽象层

image-20230922100553142

文件系统的结构

image-20230922100615503

image-20230922100708068

数据存储的查找路径,inode中存储着相关的磁盘块,直接索引代表这数据是直接存储在磁盘块中的,间接索引数据会下一级索引块存储着索引块,该索引块中是存放着数据的。

如果 inode 属性 type 记录着当前的 inode 是一个文件或者是目录,如果是一个目录,则 inode 指向的数据代表着下面的数据结构,意思是当前的下一级的名字,以及inode节点号。如果是文件则inode直接指向的是文件的内容,inode节点0代表着是目录 / 可以根据 / 不断的查找直到想要的文件或者目录

struct dirent {
  ushort inum;
  char name[12];
};

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Packages

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