LAB2 EXERCISE

UCORE_REPORT

为了实现lab2的目标，lab2提供了3个基本练习和2个扩展练习，要求完成实验报告。

对实验报告的要求：

• 基于markdown格式来完成，以文本方式为主
• 填写各个基本练习中要求完成的报告内容
• 完成实验后，请分析ucore_lab中提供的参考答案，并请在实验报告中说明你的实现与参考答案的区别
• 列出你认为本实验中重要的知识点，以及与对应的OS原理中的知识点，并简要说明你对二者的含义，关系，差异等方面的理解（也可能出现实验中的知识点没有对应的原理知识点）
• 列出你认为OS原理中很重要，但在实验中没有对应上的知识点

练习0：填写已有实验

本实验依赖实验1。请把你做的实验1的代码填入本实验中代码中有“LAB1”的注释相应部分。提示：可采用diff和patch工具进行半自动的合并（merge），也可用一些图形化的比较/merge工具来手动合并，比如meld，eclipse中的diff/merge工具，understand中的diff/merge工具等。

我使用了meld手动合并。done

练习1：实现 first-fit 连续物理内存分配算法（需要编程）

在实现first fit 内存分配算法的回收函数时，要考虑地址连续的空闲块之间的合并操作。提示:在建立空闲页块链表时，需要按照空闲页块起始地址来排序，形成一个有序的链表。可能会修改default_pmm.c中的default_init，default_init_memmap，default_alloc_pages， default_free_pages等相关函数。请仔细查看和理解default_pmm.c中的注释。

请在实验报告中简要说明你的设计实现过程。请回答如下问题：

你的first fit算法是否有进一步的改进空间

我的first fit算法实现在了已有代码上，做了完善。

原有代码只是没有对双向链表按照地址排序。所以我的工作只有：
在free_page中

    nr_free += n;
    le = &free_list;
    while((le = list_next(le)) != &free_list) {
        p = le2page(le, page_link);
        if (p > base) {
            break;
        }
    }
    list_add_before(le, &(base->page_link));

还有就是，在alloc和free时，处理了一些原来代码没有做好的SetPageProperty

与参考答案区别
发现参考答案中，是把每一个空闲页都加入了free_list，但是这样的效率并不高。我遵从原有代码的设计，只把一段连续内存的第一个页加入free_list这样在遍历的时候，可以提高算法复杂度的常数。

练习2：实现寻找虚拟地址对应的页表项（需要编程）

通过设置页表和对应的页表项，可建立虚拟内存地址和物理内存地址的对应关系。其中的get_pte函数是设置页表项环节中的一个重要步骤。此函数找到一个虚地址对应的二级页表项的内核虚地址，如果此二级页表项不存在，则分配一个包含此项的二级页表。本练习需要补全get_pte函数 in kern/mm/pmm.c，实现其功能。请仔细查看和理解get_pte函数中的注释。

请在实验报告中简要说明你的设计实现过程。请回答如下问题：

请描述页目录项（Pag Director Entry）和页表（Page Table Entry）中每个组成部分的含义和以及对ucore而言的潜在用处。
如果ucore执行过程中访问内存，出现了页访问异常，请问硬件要做哪些事情？

页目录项和页表项都由两部分组成
addr | 标志位
标志位的意义都相同：
PTE_W 表示是否可写
PTE_U 表示是否用户态可访问
PTE_P 表示该页是否有映射关系以及该页是否存在。
页目录项中的addr表示页表基址，页表项中的addr表示物理地址。

出现页访问异常的时候，硬件需要做的事情：
1. 切换到内核态
2. 记录现场
3. 跳转到异常处理程序
3. 如果是缺页异常并且允许建立映射，就建立映射，然后返回
4. 如果启用了虚存机制并且可以调入内存，就进行虚存的置换。
5. 否则panic退出。

练习3：释放某虚地址所在的页并取消对应二级页表项的映射（需要编程）

当释放一个包含某虚地址的物理内存页时，需要让对应此物理内存页的管理数据结构Page做相关的清除处理，使得此物理内存页成为空闲；另外还需把表示虚地址与物理地址对应关系的二级页表项清除。请仔细查看和理解page_remove_pte函数中的注释。为此，需要补全在 kern/mm/pmm.c中的page_remove_pte函数。

请在实验报告中简要说明你的设计实现过程。请回答如下问题：

数据结构Page的全局变量（其实是一个数组）的每一项与页表中的页目录项和页表项有无对应关系？如果有，其对应关系是啥？

page的起始地址由三部分组成pde|pte|offset根据pde查页目录项，查到的页表地址+pte找到对应的页表项，再用其中的物理帧号+offset，就可以得到实际地址。

多个Page可以指向同一个页表项，这样实现代码段的共享。一个Page在同一个进程中只能指向唯一一个确定的页表项，但是也可能找不到对应关系。这时引发缺页异常。

如果希望虚拟地址与物理地址相等，则需要如何修改lab2，完成此事？ 鼓励通过编程来具体完成这个问题
如果希望虚拟地址与物理地址相等，则需要把kernel的偏移从现在的0xc0000000改成0x00000000；