Project 3 / Problem 2, 3 Lazy Loading, Supplemental Page Table

12/4

Project 3 / Problem 2, 3

Problem 2는 3에 귀속되는 문제라고 볼 수 있으며, 3가 완성되어야 2의 구현이 가능하다.
Problem 3
- page fault 발생 시 가상 주소에 맞춰 디스크에서 페이지를 찾아 물리 메모리에 올려야한다.
- 이때 디스크에서 페이지를 찾아오는 과정에서 필요한 정보들을 저장하기 위한 요소들이 필요하다.
- 이 요소를 vm_entry라 칭하며, 구조는 다음과 같다.
```
struct vm_entry {
uint8_t type; // VM의 type을 저장한다. (binary, 매핑된 파일, 스왑으로 가져옴)
void *vaddr; // virtual address
bool writable; // 참인 경우 현 주소에 쓰기가 가능
```
bool is_loaded; // 물리메모리가 탑재 되었는지 여부 저장 struct file *file; // 가상주소와 매핑된 파일 저장

struct list_elem mmap_elem; // mmap 리스트 요소

size_t offset; // 파일 오프셋 size_t read_bytes; // 사용되는 바이트 크기 size_t zero_bytes; // 남은 바이트 크기 size_t swap_slot; // 스왑슬롯

struct hash_elem elem; // 해시 테이블 요소 };
- vm_entry들은 hash로 관리되며, 각 thread(process)마다 해당 해시를 가지고 있다. 즉, thread 구조체에 hash가 추가된다. (struct hash vm으로 정의한다.)
- 그리고 hash의 초기화, 해시값 반환, 비교, 요소 추가, 요소 삭제, 탐색, 해시 제거의 역할을 수행하는 각각의 함수를 만든다. (이는 src/vm/page.c 에서 구현된다.)
  - void vm_init(struct hash *vm) // 해시 초기화
  - static unsigned vm_hash_func(struct hash_elem e, void aux) //해시 elem e의 vaddr에 대한 해시값 반환
  - static bool vm_less_func(struct hash_elem a, struct hash_elem b, void *aux) // 입력된 두 hash elem의 vaddr을 비교하여 a가 b보다 작은경우 true, 반대 false 반환
  - bool insert_vme (struct hash vm, struct vm_entry vme) // vm에 vme 삽입
  - bool delete_vme(struct hash vm, struct vm_entry vme) // vm의 vme 제거
  - struct vm_entry find_vme(void vaddr) // 현재 스레드의 해시(vm)에 vaddr에 해당되는 vm_entry반환
  - void vm_destroy (struct hash *vm) // vm 파괴
- vm의 초기화는 start_process 함수가 수행될 때 vm_init 함수를 불러오는 방식으로 초기화된다.
- vm의 제거는 process_exit 함수가 수행될 때 vm_destroy 함수를 불러오는 방식으로 제거된다.
Problem 2
- thread_create함수가 호출되어 VM이 초기화 되고, start_process 함수를 통해 프로세스가 실행되게 된다.
- 이때 start_process 내부에서 호출되는 load함수에서 load_segment를 통해 프로세스의 세그먼트들을 직접 가져와 설정을 한다.
- 그리고 동일한 스코프에서 load_segment과정이 끝난 후 setup_stack 함수가 불려와 스택을 설정하게 된다.
- 우리는 이러한 과정을 프로세스의 vm에 vm_entry를 생성하고, 초기화 하여 vm에 삽입하는 과정으로 변경해야 한다.
- 즉, load_segment 함수에서는 메모리로부터 페이지를 가져와 로드하여 페이지 테이블 설정하던 과정을 삭제하고, 앞에서 언급한 과정으로 변경한다. (이때 불려오는 타입은 binary)
- 그리고 마찬가지로 setup_stack 함수에 앞에서 언급한 과정을 추가하여 해당 공간도 해시에 추가되도록 한다.
주소 유효성 확인
- system call을 수행할 때 주소의 유효성을 check_vaddr 함수를 통해 수행하게 된다.
- 그러나 vm_entry의 구조가 추가되면서 read(), write() 시스콜을 불러올 때 버퍼와 문자열의 주소를 추가로 검사해야 한다.
- 먼저 check_vaddr에서 find_vme 함수를 사용하여 입력된 주소가 vm_entry에 존재하는지 확인하도록 수정한다. (그렇지 않다면 exit(-1)) (존재하면 해당 vm_entry를 반환한다.)
- 그리고 buffer의 주소가 유효한 가상주소인지 검사하는 check_valid_buffer 함수와, 문자열의 주소가 유효한 가상주소인지 검사하는 check_valid_string 함수를 만든다.
- 그리고 이 함수들을 사용하여 syscall_handler를 수정한다.
- check_valid_buffer : read, write syscall에서 버퍼의 주소를 검사하기 위해 사용한다.
- check_valid_string : exec, create, remove, open syscall에서 문자열의 주소값이 유효한지 판단하는 함수이다.
- 이때 각 함수들은 void* esp인자를 추가로 넘겨받으며, 이는 나중에 stack growth를 위해서 넘겨주는 것이다.
demand paging
- 지금까지 수정된 구조로 demand paging을 구현하면 다음과 같은 과정을 거치게 된다.
  1. 페이지 폴트 발생 (page_fault 함수를 실행시킴)
  2. 현재 접근중인 vm_entry 확인 (find_vme 함수 사용)
  3. 물리 메모리에 메모리 할당 (추가 함수 필요)
  4. 디스크에서 물리 메모리로 데이터 로드 (추가 함수 필요)
  5. 로드된 내용을 바탕으로 페이지 테이블 업데이트 (process.c/install_page 함수 사용)
- 이때 각 단계에서 수정되어야 하는 자세한 내용은 다음과 같다.
  1. 현재 구현은 page_fault함수를 호출했을 때 무조건 kill을 한다. 그러므로 kill관련 코드를 삭제한 후 fault_addr의 유효성을 검사하고, 이를 처리할 함수를 호출한다. (이 함수는 3번 설명에서 더 자세하게 할 것이다.)
  2. fault_addr에 대해 find_vme함수를 수행시킨다.
  3. 2에서 가져온 vm_entry를 통해 page fault를 handle할 함수 handle_mm_fault를 정의하자. 이 함수는 페이지 할당 -> 데이터 로드 -> 페이지 테이블 설정 역할을 한다. (이 함수는 process.c에 정의된다.)
  4. 3의 handle_mm_fault함수를 사용할 때 데이터를 로드하기 위한 함수를 새롭게 load_file이란 이름으로 정의하자 (page.c에 정의된다.)
  5. handle_mm_fault 함수에서 해결된다.
- 즉, handle_mm_fault, load_file 총 2개의 함수가 추가되며, page_fault 총 1개의 함수가 수정된다.

Chipmunk-g4 / CSED312_Pintos

Project 3 / Problem 2, 3 Lazy Loading, Supplemental Page Table #51