3.Lab-10 mmap

Lab: mmap (hard)

一、要求

  1. 只要求实现mmap功能的子集，即对文件进行内存映射

mmap说明

void *mmap(void *addr, size_t len, int prot, int flags, int fd, off_t offset);

  1. map：成功时， 返回map的虚拟地址，失败时返回 `0xffffffffffffffff``

  2. addr：内存映射的起始地址，通常设置为 NULL，内核自行决定文件映射到的虚拟地址，本次Lab中addr始终为零

  3. len ：要映射的字节数，可能与文件长度不同

  4. prot： 内存映射模式：可读、可写、或可执行

    可以假定 prot 是 PROT_READ 或 PROT_WRITE 或两者都是

  5. flags ：

    • MAP_SHARED：对映射内存的修改应写回文件

    • MAP_PRIVATE：修改无需写回文件

    • 不需要实现其他flags

  6. fd ：要映射的文件描述符

  7. offset：文件映射的起始位置，通常为文件的偏移量，单位为字节，本次Lab始终为零

如果映射同一个 MAP_SHARED 文件的进程不共享物理页面，这是可以接受的。

munmap说明

int munmap(void *addr, size_t len);

  1. 移除指定地址范围内的 mmap 映射。

  2. 如果内存被修改，并且映射模式为 MAP_SHARED，则应先将修改写入文件。

  3. 一个 munmap 调用可能只覆盖 mmap 区域的一部分，但可以假定它将在开始处、结束处或整个区域取消映射（但不会在区域中间打一个“洞”）。

    比如map了0到10，unmap的区域可能是[0,x]、[x, 10]，或者[0,10]，但不会是[x,y]\((x,y \in (0,10))\)​

一些提示

  1. 在UPROGS中添加_mmaptest，并添加mmap和munmap系统调用，以便能够编译 user/mmaptest.c。目前，只需让mmap和munmap返回错误。kernel/fcntl.h中定义了PROT_READ等。运行mmaptest，它将在第一次mmap调用时失败。

  2. 懒填充页表：mmap不应分配物理内存或读取文件。应在usertrap的页面错误处理中完成这些操作，就像copy-on-write LAB中一样。之所以要懒加载，是为了确保map 大文件时能够快速完成，并且mmap一个大于物理内存的文件也是可能的。

    • 这里的map 大文件能够快速完成：

      • 因为无需真正读取，而只是记录，所以mmap系统调用返回的快
      • 之后发生缺页中断时，因为是懒加载，所以每次只读取需要的文件内容，无需全部读取，所以速度也很快

    • mmap一个大于物理内存的文件：

      和COW一样，因为只读取需要的页，所以可mmap一个大于物理内存的文件

  3. 跟踪mmap的元数据，定义一个结构体VMA保存mmap的元数据。记录虚拟内存范围的地址、长度、权限、文件等。由于xv6没有内核内存分配器，可声明一个固定大小的元数据数组VMAS，大小为16即可。

  4. 实现mmap：在进程的地址空间中找到一个未使用的区域来映射文件，并在进程的VMA数组中添加一个VMA。VMA应包含一个指向映射文件的struct file的指针；mmap应该增加文件的引用计数，以便在关闭文件时结构体不会消失(提示：filedup)。运行mmaptest：第一次mmap应该成功，但随后访问mmap区域的内存将会出现页面错误并使mmaptest终止。

  5. 当访问map区域内存时，会发生缺页异常，

    添加代码：申请一个新页，将相关文件的4096字节读入该页，并将其映射到用户地址空间。

    使用readi读取文件，它接受文件偏移量参数，用于读取正确的位置(必须对传递给readi的inode进行lock\unlock)。正确设置页面的权限。

    运行mmaptest；它应该能够运行到第一个munmap。

  6. 实现munmap：找到地址范围对应的VMA并取消映射(提示：使用uvmunmap)。如果munmap移除了先前mmap的所有页面，它应该减少相应struct file的引用计数。如果取消映射的页面已被修改并且文件映射为MAP_SHARED，则应将页面写回文件(参考：filewrite)。

  7. 理想情况下，只需写回脏页。RISC-V PTE中的脏位(D)表示页面是否被修改。不过，mmaptest并不检查非脏页面是否没有被写回；因此，可以不查看D位，全写回页面。

  8. 修改exit，当exit时，应取消map的区域，就像调用了munmap一样。

  9. 修改fork，以确保子进程和父进程有相同的Map区域。不要忘记为VMA的struct file增加引用计数。在子进程的页面错误处理程序中，可以分配一个新的物理页面，而不是与父进程共享页面。后者会更酷，但它需要更多的实现工作。运行mmaptest；

三、代码地址

https://github.com/INnoVationv2/xv6-labs-2023/commit/4b0cf67a16ffe29e53b3774175ce32a78190156a

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posted @ 2024-04-21 00:16  INnoVation-V2  阅读(115)  评论(0)    收藏  举报