HunterWarrior's blog

前言 SWAP 挑战性任务主要关于内存管理、进程调度与外设访问，基本只涉及内核的改动，要求对以上的知识有充足的认识与深刻的理解。代码改动总体上不算多（相较于 SHELL 挑战性任务），但根据自己的感受以及别人的描述是 SWAP 任务的思考量相对来说比较大， SHELL 代码量大但是是挑战性任务中思考量最小的一个。我自己花了大概 3 天的时间实现指导书上的所有操作 + 过编译（仅仅只是过编译，很多实现因为理解不到位都有错误），然后花了 3 天的时间 debug。 我在实现的过程中，pmap.c 改动的内容是最多的，因为其涉及 swap_out、swap_in 以及 TLB 重填逻辑等有关 SWAP 核心机制的实现。ide.c 和 ide.h 是我新增的文件，因为当前 MOS 中对外设的访问是通过文件系统实现的（Lab5 内容），其属于用户进程，并不方便内核去使用，且关键问题在于：Lab5 实现的文件系统是对主 IDE 控制器进行访问的，而 SWAP 挂载的磁盘 swap_disk 由从 IDE...

思考题 Thinking 5.1 如果通过 kseg0 读写设备，那么对于设备的写入会缓存到 Cache 中。这是 一种错误的行为，在实际编写代码的时候这么做会引发不可预知的问题。请思考：这么做 这会引发什么问题？对于不同种类的设备（如我们提到的串口设备和 IDE 磁盘）的操作会有差异吗？可以从缓存的性质和缓存更新的策略来考虑。 当外部设备自身更新数据时，如果此时 CPU 写入外设的数据还只在缓存中，则缓存的那部分数据就只能在外设自身更新后再写入外设（只有缓存块将要被新进入的数据取代时，缓存数据才会被写入内存），这样就会发生错误的行为。 对于串口这类实时交互设备，问题表现为明显的 I/O 延迟和丢失。对于IDE 磁盘这类块设备，问题可能导致命令执行失败、磁盘状态混乱，最严重的是静默数据损坏，危害性极大且难以排查。 Thinking 5.2 查找代码中的相关定义，试回答一个磁盘块中最多能存储多少个文件控制 块？一个目录下最多能有多少个文件？我们的文件系统支持的单个文件最大为多大？ 在 user/include/fs.h...

思考题 Thinking 4.1 思考并回答下面的问题： •内核在保存现场的时候是如何避免破坏通用寄存器的？ •系统陷入内核调用后可以直接从当时的$a0-$a3 参数寄存器中得到用户调用 msyscall 留下的信息吗？ •我们是怎么做到让 sys 开头的函数“认为”我们提供了和用户调用 msyscall 时同样的参数的？ •内核处理系统调用的过程对 Trapframe 做了哪些更改？这种修改对应的用户态的变化是什么？ 内核使用宏函数 SAVE_ALL 来保存现场，在该函数的代码实现里，只使用了 k0 和 k1 两个通用寄存器来进行操作，从而保证其他通用寄存器的值都不会被改变。 可以。因为内核在陷入内核、保存现场的过程中，寄存器$a0-$a3 中的值都没有被破坏。 用户在调用 msyscall 时，传入的参数会被保存在$a0-$a3 寄存器和堆栈中。当陷入内核时，$a0-$a3 寄存器不会被破坏，而且用户栈中的内容会被原封不动地被拷贝到内核栈中。因此，sys_* 函数可以从寄存器和内核栈获得”用户调用...

思考题 Thinking 3.1 请结合 MOS 中的页目录自映射应用解释代码中 e->env_pgdir[PDX(UVPT)] = PADDR(e->env_pgdir) | PTE_V 的含义。 一个页目录项映射一个含有 1K 个页表项的 4KB 页表，每一个页表映射一个 4MB 大小的虚拟地址空间。由于页目录映射的 4MB 空间就是二级页表结构所在的 4MB 空间，而用户二级页表结构存储在虚拟地址空间中的 UVPT 至 ULIM 处的 4MB 空间 ，因此页目录相当于第 PDX(UVPT)（取高 10 位）个页表，也就位于第 PDX(UVPT) 个页目录项，其物理地址 PADDR(e->env_pgdir) 存储在这个页目录项中。 Thinking 3.2 elf_load_seg 以函数指针的形式，接受外部自定义的回调函数 map_page。请你找到与之相关的 data 这一参数在此处的来源，并思考它的作用。没有这个参数可不可以？为什么？ int elf_load_seg(Elf32_Phdr *ph,...

思考题 Thinking 2.1 请根据上述说明，回答问题：在编写的 C 程序中，指针变量中存储的地址被视为虚拟地址，还是物理地址？MIPS 汇编程序中 lw 和 sw 指令使用的地址被视为虚拟地址，还是物理地址？ 虚拟地址；虚拟地址。 Thinking 2.2 请思考下述两个问题： •...

思考题 Thinking 1.1 在阅读附录中的编译链接详解以及本章内容后，尝试分别使用实验环境中的原生 x86 工具链（gcc、ld、readelf、objdump 等）和 MIPS 交叉编译工具链（带有 mips-linux-gnu- 前缀，如 mips-linux-gnu-gcc、mips-linux-gnu-ld），重复其中的编译和解析过程，观察相应的结果，并解释其中向 objdump 传入的参数的含义。 不同工具链的比较 使用 gcc -E hello.c > ori_prep.txt 和 mips-linux-gnu-gcc -E hello.c > cross_prep.txt，获取原生 x86 工具链和 MIPS 交叉编译工具链对于 hello.c 的预处理结果，并通过命令 diff ori_prep.txt cross_prep.txt -y 比较两个预处理结果的不同。可以看到不同工具链使用的工具路径不同、对某些变量的定义不同等。 工具路径不同： 1234567891011# 0...

架构设计 黄色部分为第一次作业的类，红色部分为第二次作业新增类，紫色部分为第三次作业新增类。 架构迭代 第一次作业 整体采用了生产者-消费者的设计模式。考虑到第一次作业指定了乘客请求的电梯，我并没有设置调度器线程，而是输入线程 inputThread 读取到乘客请求后直接放入每个电梯各自的乘客请求处理队列 processingQueue。电梯运行采用 LOOK 策略，电梯线程 elevatorThread 每执行完一个动作后从自己的 processingQueue 中取出一个乘客请求，并结合自身的信息发送给策略类 Strategy，获取下一动作 advice 并执行。 第二次作业 第二次作业新增了临时调度请求，并取消了乘客请求指定电梯，即需要调度给某部电梯来运送乘客。因此在第二次作业中，我新增了全局的请求队列 requestQueue，并由调度器线程 dispatchThread 来将请求分配给某部电梯，放入其请求处理队列 processingQueue，随后电梯线程...

基于度量分析程序结构 类图 Unit1 最终版本的类图如上图所示。整个程序的核心思想采用了递归下降法，大体流程是：对于输入数据 input，先在 Main 方法中依次调用类 ComFunc 的 defineComFunc 静态方法和 RecFunc 的 defineRecFunc 静态方法，解析自定义普通函数和自定义递推函数，然后再解析待展开表达式：实例化一个 Lexer 对象，实现词法解析，并将解析的结果传递到 Parse 的实例对象，实现语法解析，解析得到一个 Expr 实例 expr，然后再将 expr 转为 Poly（由 Unit 构成）的多项式形式，并在转化的过程中实现表达式的计算（实体类 Poly 与 Unit）与化简（工具类 Simplify）， 最后将结果作为字符串输出。 度量 IntelliJ IDEA 的插件 MetricsReloaded 帮助计算了以下方法度量值，故在此围绕这些度量进行分析。 CogC（Cognitive Complexity，认知复杂度） CogC...

设计草稿 任务清单 流水线 CPU 为计时器模块（已实现）提供接口 创建系统桥模块，为 CPU 提供统一的访问外设的接口 创建协处理器 CP0模块，用于引导 CPU 执行异常处理程序 使 CPU 能够检测内部指令执行的错误 使 CPU 能够初步响应外部的中断信号 在 CPU 中实现一些异常处理需要执行的指令 注： CPU（包含 CP0）、Bridge 和 2 个计时器 Timer1、Timer2都是MIPS 微系统的组成部分，也即我们需要设计搭建的系统模块；而 DM 和中断产生器是外部的设备，由外部（testbench）传入，与我们无关。 对于 Bridge 来说，Timer1、Timer2 和 InterruptGenerator...

设计要求 处理器应为五级流水线设计，支持如下指令集： 12345add, sub, and, or, slt, sltu, luiaddi, andi, orilb, lh, lw, sb, sh, swmult, multu, div, divu, mfhi, mflo, mthi, mtlobeq, bne, jal, jr 请注意，所有运算类指令均暂不考虑因溢出而产生的异常。 除加减法外的指令均以指令集规定的行为为准，可参看 MIPS-C 指令集（该指令集描述针对单周期，注意单周期和流水线有些许指令行为描述不同，但最终结果是一致的），加减法按无符号处理（不考虑溢出）。若对本次实验有任何疑问请及时在讨论区提出。 设计草稿 新增指令 AT 信息 新增指令顺序： 先加入涉及 MUDI 的乘除法指令，完善相应的数据通路及（冒险）控制信号； 再加入涉及 ALU 的运算指令，对 ALU 做出相应修改； 再加入访存指令，新增 BE 扩展模块与 RE 扩展模块； 最后加入跳转指令，修改 CMP...