3.Lab-10 mmap
Lab: mmap (hard)
一、要求
- 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);
-
map：成功时， 返回map的虚拟地址，失败时返回 `0xffffffffffffffff`` -
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 -
len：要映射的字节数，可能与文件长度不同 -
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 -
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
-
-
fd：要映射的文件描述符 -
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);
-
移除指定地址范围内的
mmap映射。 -
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。 -
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
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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。 -
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。
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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
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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
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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。
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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。
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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。
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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)。 -
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。 -
修改
exit，当exit时，应取消map的区域，就像调用了munmap一样。 -
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
