MIT6.s081 2021 Lab Page tables

Speed up system calls

思路

题目要求在每个进程初始化时为它的页表插入一个页表项，内核通过这样预先缓存页表项的操作，来加速特定系统调用的执行速度。

由于前不久刚过完一遍《OSTEP》，因此我认为自己对页表机制还算比较熟悉，应对本 Lab 理应比较轻松，但在真正上手的时候，还是觉得有些无所适从，无奈老老实实地把 xv6 手册的第 3 章对照着代码仔细研读了一番，从中提炼出了几个关键的函数：

1. kernel/kalloc.c:kalloc

void *kalloc(void);

遍历空闲链表，寻找一个可分配的物理页面。若找到，返回该页面的首（物理）地址；否则，返回 0 （空指针）。

2. kernel/kalloc.c:kfree

void kfree(void *pa);

释放已分配的首地址为 pa 的物理页面，并更新空闲链表。

3. kernel/proc.c:allocproc

static struct proc *allocproc(void);

遍历进程数组 proc，寻找未被使用的 struct proc。若找到，则初始化其状态，为创建一个新的页表，并返回指向它的指针；否则，返回 0（空指针）。

4. kernel/proc.c:freeproc

static void freeproc(struct proc *p);

释放与进程 p 相关的数据的内存空间，并清空 p 的 struct proc 的所有信息。

5. kernel/vm.c:mappages

int mappages(pagetable_t pagetable, uint64 va, uint64 size, uint64 pa, int perm);

在页表 pagetrable 中创建从起始虚拟地址 va 到起始物理地址 pa 的页表项映射，页表项的 flags 位的访问权限部分设置为 perm，其中大小为 size，将 size 分为若干页，为这些页面创建 va + i * PGSIZE -> pa + i * PGSIZE （i 代表页面的编号）的映射。

6. kernel/vm.c:uvmunmap

void uvmunmap(pagetable_t pagetable, uint64 va, uint64 npages