【MIT6.S081】Lab4: traps(详细解答版)

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#linux #os #操作系统 #c #c++ #xv6

于 2024-04-21 15:39:13 首次发布

本文介绍了在RISC-V架构的实验中，如何处理trapframe和栈结构，包括函数调用时栈帧的创建、返回地址的存储，以及在用户空间中实现定时器触发的报警处理，涉及syscall扩展和trapframe备份等技术。

实验内容网址：https://xv6.dgs.zone/labs/requirements/lab4.html
本实验的代码分支：https://gitee.com/dragonlalala/xv6-labs-2020/tree/traps2/

Backtrace

关键点:trapframe、栈

思路：

这道题的关键是栈结构，先阅读xv6中关于栈的知识（https://mit-public-courses-cn-translatio.gitbook.io/mit6-s081/lec05-calling-conventions-and-stack-frames-risc-v/5.5-stack）。
[图片]

阅读链接的资料，我们可以知道，

每调用一个函数，函数都会为自己创建一个Stack Frame。
栈是从高地址开始向低地址使用。所以栈总是向下增长。
Return address总是会出现在Stack Frame的第一位，指向前一个Stack Frame的指针也会出现在栈中的固定位置
第一个寄存器是SP（Stack Pointer），SP始终指向栈顶（当前可用内存的最低地址），随着压栈/弹栈实时更新。而FP仅标记当前栈帧的起始位置，可能位于栈的较高地址（如函数调用链的固定位置）。FP-8位是返回地址，FP-16位是上一个stack frame的fp地址。
保存前一个Stack Frame的指针的原因是为了让我们能跳转回去。
XV6在内核中以页面对齐的地址为每个栈分配一个页面。你可以通过PGROUNDDOWN(fp)和PGROUNDUP(fp)（参见kernel/riscv.h）来计算栈页面的顶部和底部地址。

步骤&代码：

将下面的函数添加到kernel/riscv.h

static inline uint64
r_fp()
{
   
   
  uint64 x;
  asm volatile("mv %0, s0" : "=r" (x) );
  return x;
}

在kernel/defs.h中添加backtrace的原型，在printf.c中定义backtrace函数。

void       
backtrace(void){
   
   
  // 读取当前Frame Pointer
  uint64 fp = r_fp();
  while(PGROUNDUP(fp) - PGROUNDDOWN(fp) == PGSIZE){
   
   
    // 返回地址保存在-8偏移的位置
    uint64 ret_addr = *(uint64*)(fp-8);
    printf("%p\n",ret_addr);
    // 前一个帧指针保存在-16偏移的位置
    fp = *(uint64*)(fp-16);
  }
}

在sys_sleep中添加对backtrace函数的调用。

uint64
sys_sleep(void)
{
   
   
  int n;
  uint ticks0;

  if(argint(0, &n) < 0)
    return -1;
  acquire(&tickslock);
  ticks0 = ticks;
  while(ticks - ticks0 < n){
   
   
    if(myproc()->killed){
   
   
      release(&tickslock);
      return -1;
    }