【MIT6.S081】Lab3 page tables（下）

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本关的任务为“Detect which pages have been accessed”，需要实现一个新的系统调用pgaccess，它指出访问了哪些页面被访问了（读、写等）。系统调用需要三个参数：

  1. 第一个用户页面的起始虚拟地址
  2. 需要检查页数
  3. 一个存储每一页是否被访问的掩码

该lab的所有代码：Github

测试该系统调用的函数位于user/pgtbltest.c:pgaccess_test()中：

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void
pgaccess_test()
{
  char *buf;
  unsigned int abits;
  printf("pgaccess_test starting\n");
  testname = "pgaccess_test";
  buf = malloc(32 * PGSIZE);
  if (pgaccess(buf, 32, &abits) < 0)
    err("pgaccess failed");
  buf[PGSIZE * 1] += 1;
  buf[PGSIZE * 2] += 1;
  buf[PGSIZE * 30] += 1;
  if (pgaccess(buf, 32, &abits) < 0)
    err("pgaccess failed");
  if (abits != ((1 << 1) | (1 << 2) | (1 << 30)))
    err("incorrect access bits set");
  free(buf);
  printf("pgaccess_test: OK\n");
}

分析下源码可以知道，测试程序分配了32个页，并且使用（or 访问）了这分配的32个页的第1、2、30页，之后程序调用pgaccess来检测abits的第1、2、30位是否为1，即判断该系统调用是否实现了“检测已经访问的页”这个功能。

向内核添加系统调用的方法在lab2中已经了解过了，不过这里xv6已经帮我们添加好了，我们只需要实现系统调用kernel/sysproc.c:sys_pgaccess()即可。

在xv6 book中可以知道一个PTE的每位构成如上图，其中0 - 9位是一些标志位，第6位为Accessed，也就是访问位，需要在内核中添加这个标志：

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// kernel/riscv.h

#define PTE_A (1L << 6)

而risc-v处理器会利用硬件将已访问的页的PTE_A正确设置。

实现sys_pgaccess的步骤大致可分为：

  1. 接受用户态传递的三个参数：
    1. 第一个用户页面的起始虚拟地址（指针）
    2. 需要检查页数（int）
    3. 一个存储每一页是否被访问的掩码（指针）
  2. 遍历“需要检查页数”，并每次检查遍历的页是否已访问。获取每个页对应的PTE将使用walk函数来获取，而检查将使用PTE_A来判断；如果当前页的PTE_A为1，则说明该页被访问过，利用位运算（是的，位运算在该lab里立大功）来存储信息，即第几页被访问了，并且不要忘记了实验指导中的提示，“Be sure to clear PTE_A after checking if it is set. Otherwise, it won’t be possible to determine if the page was accessed since the last time pgaccess() was called”，检测完后应该将PTE_A标记位清除。
  3. 将存储的信息利用copyout函数从内核态传递给用户态，届时用户态可通过第三个参数获取。

具体实现如下：

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int
sys_pgaccess(void)
{
  // lab pgtbl: your code here.
  uint64 uvm_pgaddr;
  int page_counts;
  uint64 abits;
  argaddr(0, &uvm_pgaddr);
  argint(1, &page_counts);
  argaddr(2, &abits);

  int result = 0;
  pagetable_t page_table = myproc()->pagetable;
  for (int i = 0; i < page_counts; i++) {
    pte_t *pte = walk(page_table, uvm_pgaddr, 0);
    if (((*pte) & (PTE_A)) != 0) {
      result |= (1 << i);
      *pte &= (~PTE_A);
    }
    uvm_pgaddr += PGSIZE;
  }
  copyout(page_table, abits, (char*)&result, sizeof(result));
  return 0;
}