OS-lab3

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exam

我们要修改调度函数，实现多用户的（公平）进程调度，就是在Env结构体了新加一个属性：u_int env_user（[0,4]）（测试程序会给你赋值），最多不超过5名用户。简言之，在需要调度新的进程的时候你需要统计每个用户的总时间片选，总时间片选保存static int[] 数组中，然后你需要选出当前有进程的用户并且总时间片选最少的（相同则id最小）的用户，然后选出遍历队列选出第一个当前用户的进程。

void schedule(int yield)
{
	static int count = 0; // remaining time slices of current env
	struct Env *e = curenv;
	static int user_time[5];             //总时间片选
	int able[5] = {0, 0, 0, 0, 0};       //记录有进程的用户
	struct Env *temp;
	TAILQ_FOREACH(temp, &env_sched_list, env_sched_link)
	{
		able[temp->env_user] = 1;            //循环队列，搜索所有有进程的用户
	}
	/* We always decrease the 'count' by 1.
	 *
	 * If 'yield' is set, or 'count' has been decreased to 0, or 'e' (previous 'curenv') is
	 * 'NULL', or 'e' is not runnable, then we pick up a new env from 'env_sched_list' (list of
	 * all runnable envs), set 'count' to its priority, and schedule it with 'env_run'. **Panic
	 * if that list is empty**.
	 *
	 * (Note that if 'e' is still a runnable env, we should move it to the tail of
	 * 'env_sched_list' before picking up another env from its head, or we will schedule the
	 * head env repeatedly.)
	 *
	 * Otherwise, we simply schedule 'e' again.
	 *
	 * You may want to use macros below:
	 *   'TAILQ_FIRST', 'TAILQ_REMOVE', 'TAILQ_INSERT_TAIL'
	 */
	/* Exercise 3.12: Your code here. */
	if (yield || !e || !count || e->env_status != ENV_RUNNABLE)
	{
		if (e != NULL && e->env_status == ENV_RUNNABLE)
		{
			TAILQ_REMOVE(&env_sched_list, e, env_sched_link);
			TAILQ_INSERT_TAIL(&env_sched_list, e, env_sched_link);
			user_time[e->env_user] += e->env_pri;                // 时间片选+=env_pri
		}
		if (TAILQ_EMPTY(&env_sched_list))
		{
			panic("no runnable envs");
		}
		else
		{
			int i = 0;
			int flag = -1;
			int min = 114514;
			for (i = 0; i < 5; i++)                 //遍历找到时间片最小的用户
			{
				if (able[i] && user_time[i] < min)
				{
					min = user_time[i];
					flag = i;
				}
			}
			TAILQ_FOREACH(temp, &env_sched_list, env_sched_link)   //找到当前用户队列中第一个进程，并run
			{
				if (temp->env_user == flag)
				{
					break;
				}
			}
			e = temp;
			count = e->env_pri;
		}
	}
	count--;
	env_run(e);
}

extra

完成overflow的异常处理

• 请在完成异常处理函数后修改 lib/traps.c ，将你自己编写的异常处理函数加入异常向量组 中的对应位置。
• 大家可以使用 lib/genex.S 中定义的 BUILD_HANDLER 宏来构建自己的异常处理函数，构建方法可以参考已有的 handle_tlb 等处理函数。
• 异常处理（对应指令有三个add，sub，addi）
  • 对于addi，addi $t, $s, imm : 处理为$s = $t/2 + imm/2; epc += 4；
  • add和sub，转换成addu和subu指令

难点是怎么从进程空间中取出指令，我们知道代码段对应页权限肯定没有PTE_D,因此在用户空间tlb访问就会异常，合理的方法是在内核态中异常处理函数，将进程中的env_va转换成物理地址，并将物理地址转换为kseg0地址

void do_ov(struct Trapframe *tf)
{
	u_long env_va = tf->cp0_epc;            
	Pde *cpgdir = curenv->env_pgdir;
	curenv->env_ov_cnt++;
	Pte *pte;
	pgdir_walk(cpgdir, env_va, 0, &pte);         //找到二级页表项
	u_long va = KADDR((*pte & ~(0xFFF)) + (env_va & 0xFFF));   //转换为kseg0虚拟地址，记着*pte一定要取高20位，或者用宏PTE_ADDR,还要加上页内偏移
	u_int ins = *(int *)va;                   //取指令
	if (ins & (1 << 29))                 
	{                                           // addi
		int s = (ins & (31 << 21)) >> 21;         //取s寄存器
		int t = (ins & (31 << 16)) >> 16;          //取t寄存器
		int imm = ins & (0xFFFF);                  //立即数
		tf->regs[t] = tf->regs[s] / 2 + imm / 2; 
		tf->cp0_epc += 4;
		printk("addi ov handled\n");
	}
	else if (ins & (1 << 1))
	{                                          // sub
		printk("sub ov handled\n");
		*(int *)va = ins | 1;              //指令改为subu
	}
	else
	{                                          // add
		printk("add ov handled\n");
		*(int *)va = ins | 1;          //改为addu
	}
}

实验报告

一、思考题

thinking 3.1

完成进程页目录的自映射，并且将标志位设置为有效

thinking 3.2

来自elf_laod_seg函数传入，利用回调函数将程序段加载到进程制定虚拟空间中，data参数是必须的，否则我们无法得到程序段的地址

thinking 3.3

• va是否是页对齐的
• 将全部短内容加载后，实际占用的filesize是否等于memsize，如果不是则需要申请新的页空间

thinking 3.4

我们知道，进程切换是需要陷入内核态的，所以epc存储的是虚拟地址

thinking 3.5

在genex.S中

thinking 3.6

• enable_irq 设置cp0状态寄存器允许中断，即项CP0_STATUS写入(STATUS_CU0 | STATUS_IM4 | STATUS_IEc)
• timer_irq 表示响应时钟中断，执行schedule函数

thinking 3.7

先初始化时钟并且设置中断可相应，当时间片用完时表示要切换进程，发出中断陷入内核，进入handle_int函数，然后根据识别中断类型，是时钟中断然后跳转到schedule函数

二、实验难点

回调函数icode_mapper

根据elf_load_seg需要理解加载段内容到进程中可能碰到的情况，考虑是否也对齐

env_setup_vm函数实现将envs和pages拷贝到用户空间

很抽象，首先pages和evs是放在内核态代码全局变量附近，完成将这两个放到用户态指定位置，我们知道用户态是通过tlb和页表访问的，所以只需要将这两个控制块所在的页映射到用户态能访问到的UTOP到UVPT之间（在map_segment实现）但这只是实现了从内核态到内核态的平移，目的是在进程页表初始化的时候复制到进程页表，这是很巧妙的复制方法，不同虚拟空间的数据拷贝

schedule

如果要切换进程，需要判断当前队列是否为空，当前进程的状态是否仍是RUNNABLE，如果是的话需要把它放到队尾。并且切换进程是env_run所干的事

三、实验体会

经过lab0-lab3，发现linux系统实现的很巧妙，如果我们从0搭建一个操作系统真的是难上加难，所以要学习他们的思想，比如将一些很难得任务切分成小任务，然后对函数进行封装，比如加载段内容到进程中。

OS变得越来越抽象，想要学好必须要真正读懂，如果只是参考往届代码，根据提示补全代码，在上机的时候是肯定做不出来的，对于已经写好的宏和函数，要理解它们的功能和实现，在上机写的时候才能灵活应用