xv6 lab5 cow

21年好像没有懒分配，所以20年的lab6就成了21年的lab5

 

# cow实现 主要思想是增加一个标志位，一个引用标记。在中断处理时，进行懒复制，在write出错时再进行实际分配处理。

首先改uvmcopy，改原来标志位，将新的页也映射之前页的物理地址。

//kernel/riscv.h
//增加cow定义
define PTE_COW (1L << 8)

//kernel/vm.c
int
uvmcopy(pagetable_t old, pagetable_t new, uint64 sz)
{
  pte_t *pte;
  uint64 pa, i;
  uint flags;

  for(i = 0; i < sz; i += PGSIZE){
    if((pte = walk(old, i, 0)) == 0)
      panic("uvmcopy: pte should exist");
    if((*pte & PTE_V) == 0)
      panic("uvmcopy: page not present");
    pa = PTE2PA(*pte);
    // 清除父进程的 PTE_W 标志位，设置 PTE_COW 标志位表示是一个懒复制页（多个进程引用同个物理页）
    *pte = (*pte & ~PTE_W) | PTE_COW;
    flags = PTE_FLAGS(*pte);
    // 将父进程的物理页直接 map 到子进程 （懒复制）
    // 权限设置和父进程一致（不可写，PTE_COW）
    if(mappages(new, i, PGSIZE, (uint64)pa, flags) != 0){
      goto err;
    }
    // 将物理页的引用次数增加 1
    krefpage((void*)pa);
  }
  return 0;

 err:
  uvmunmap(new, 0, i / PGSIZE, 1);
  return -1;
}

判断中断，当是写中断，并且页可用且COW标志位有值时就是COW模式。且要保证没有超出原来的大小。

//kernel/trap.c

extern pte_t* walk(pagetable_t, uint64, int);
//中断判断
void
usertrap(void)
{
...
 } else if((which_dev = devintr()) != 0){
    // ok
  } else if((r_scause() == 15) && uvmcheckcowpage(r_stval())) { // copy-on-write
    if(uvmcowcopy(r_stval()) == -1){ // 如果内存不足，则杀死进程
      p->killed = 1;
    }
  } else {
    printf("usertrap(): unexpected scause %p pid=%d\n", r_scause(), p->pid);
    printf("            sepc=%p stval=%p\n", r_sepc(), r_stval());
    p->killed = 1;
  }
...
}

// 这里没有放在vm中，因为vm中没有声明 proc 不想再整import，就放在这里了。记得walk要声明一下 
// 检查一个地址指向的页是否是懒复制页
int uvmcheckcowpage(uint64 va) {
  pte_t *pte;
  struct proc *p = myproc();
  
  return va < p->sz // 在进程内存范围内
    && ((pte = walk(p->pagetable, va, 0))!=0)
    && (*pte & PTE_V) // 页表项存在
    && (*pte & PTE_COW); // 页是一个懒复制页
}

// 实复制一个懒复制页，并重新映射为可写
int uvmcowcopy(uint64 va) {
  pte_t *pte;
  struct proc *p = myproc();

  if((pte = walk(p->pagetable, va, 0)) == 0)
    panic("uvmcowcopy: walk");
  
  // 调用 kalloc.c 中的 kcopy_n_deref 方法，复制页
  // (如果懒复制页的引用已经为 1，则不需要重新分配和复制内存页，只需清除 PTE_COW 标记并标记 PTE_W 即可)
  uint64 pa = PTE2PA(*pte);
  uint64 new = (uint64)kcopy_n_deref((void*)pa); // 将一个懒复制的页引用变为一个实复制的页
  if(new == 0)
    return -1;
  
  // 重新映射为可写，并清除 PTE_COW 标记
  uint64 flags = (PTE_FLAGS(*pte) | PTE_W) & ~PTE_COW;
  uvmunmap(p->pagetable, PGROUNDDOWN(va), 1, 0);
  if(mappages(p->pagetable, va, 1, new, flags) == -1) {
    panic("uvmcowcopy: mappages");
  }
  return 0;
}

在分配时要注意引用，如果引用为0了，就可以free了。如果不为0，就跳过。记得加锁，这种多线程没有锁是不可能的。

//kernel/kalloc.c
// 用于访问物理页引用计数数组

#define PA2PGREF_ID(p) (((p)-KERNBASE)/PGSIZE)
#define PGREF_MAX_ENTRIES PA2PGREF_ID(PHYSTOP)

struct spinlock pgreflock; // 用于 pageref 数组的锁，防止竞态条件引起内存泄漏
int pageref[PGREF_MAX_ENTRIES + 1]; // 从 KERNBASE 开始到 PHYSTOP 之间的每个物理页的
#define PA2PGREF(p) pageref[PA2PGREF_ID((uint64)(p))]

void
kfree(void *pa)
{
   struct run *r;

  if(((uint64)pa % PGSIZE) != 0 || (char*)pa < end || (uint64)pa >= PHYSTOP)
    panic("kfree");

  acquire(&pgreflock);
  if(--PA2PGREF(pa) <= 0) {
    // 当页面的引用计数小于等于 0 的时候，释放页面

    // Fill with junk to catch dangling refs.
    // pa will be memset multiple times if race-condition occurred.
    memset(pa, 1, PGSIZE);

    r = (struct run*)pa;

    acquire(&kmem.lock);
    r->next = kmem.freelist;
    kmem.freelist = r;
    release(&kmem.lock);
  }
  release(&pgreflock);
}

void *
kalloc(void)
{
  struct run *r;

  acquire(&kmem.lock);
  r = kmem.freelist;
  if(r)
    kmem.freelist = r->next;
  release(&kmem.lock);

  if(r)
  {
    memset((char*)r, 5, PGSIZE); // fill with junk
    PA2PGREF(r) = 1;
  }
  return (void*)r;
}

void *kcopy_n_deref(void *pa) {
  acquire(&pgreflock);

  if(PA2PGREF(pa) <= 1) { // 只有 1 个引用，无需复制
    release(&pgreflock);
    return pa;
  }

  // 分配新的内存页，并复制旧页中的数据到新页
  uint64 newpa = (uint64)kalloc();
  if(newpa == 0) {
    release(&pgreflock);
    return 0; // out of memory
  }
  memmove((void*)newpa, (void*)pa, PGSIZE);

  // 旧页的引用减 1
  PA2PGREF(pa)--;

  release(&pgreflock);
  return (void*)newpa;
}

// 为 pa 的引用计数增加 1
void krefpage(void *pa) {
  acquire(&pgreflock);
  PA2PGREF(pa)++;
  release(&pgreflock);
}

一点心得

这里测试会报错，只要不是panic不运行就可以了。可能会出现进程的错误，如果看到了，就看看自己的代码有哪里错了，比如，if块中的内容有两行以上，忘了加大括号。或者r_scause() 写成r_sstatus()。