RISC-V assembly
Which registers contain arguments to functions? For example, which register holds 13 in main's call to printf?
- a2 寄存器，函数调用时，参数从左到右会依次保存在 a0, a1, a2, a3 寄存器，似乎是一直到寄存器 a7 的。
Where is the call to function f in the assembly code for main? Where is the call to g? (Hint: the compiler may inline functions.)
- 这里的调用都被内联了
At what address is the function printf located?
-
auipc（Add Upper Immediate PC）指令是将一个立即数左移 $12$ 位加上当前指令的地址（pc）中，得到一个绝对地址。 -
例如
auipc a0, 0x0就是将 $\text{0x0}$ 左移 $12$ 位加上当前指令的地址 (pc) 中（pc 的值我们一般认为是在指令执行完成时才发生递增，从而指向下一条指令，使得处理器能够按顺序顺利执行指令序列），因此，执行auipc a0, 0x0时，加的就是当前指令的地址，即 $\text{0x28}$。 -
-
auipc常常会与jalr（Jump and Link Register） 指令组合在一起，在jalr 1526(ra)中，它把 pc 设置为寄存器 ra 的值加上 offset，然后把原先的 $pc + 4$ 的值写入寄存器 ra，即 ra 的值就是函数的返回值，即正常序列里，jalr的下一条指令，这里ra的值应该是 $\text{0x38}$, pc 的值则为 $\text{0x626}$。
unsigned int i = 0x00646c72;
printf("H%x Wo%s", 57616, &i);
- 上面这段代码的输出结果为
He110 World。
Backtrace
这里的关键在于弄懂 stack frame 的结构，参考这张图，其实基本原理与 x86 下 C 语言的 stack frame 是一致的，我们通过 uint64 fp = r_fp() 函数拿到的是栈基地址（联想 x86 中的 rbp），因此 fp + 8 就是 return address 的地址，因此 uint64 ra = *(uint64 *)(fp + 8);，注意 fp + 8 是地址的地址，不是我们要输出的 ra！
我们需要遍历 stack frame，上一个 stack frame 的栈基地址就存放在 fp + 16 处，因此 fp = *(uint64 *)(fp + 16);。
循环的终止条件，可以先计算出 fp 的上下界 PGROUNDDOWN(fp) 和 PGROUNDUP(fp)（按照 PGSIZE 大小对齐），又或者当 PGROUNDUP(fp) != p->kstack + PGSIZE 时退出循环。
void backtrace(void) {
uint64 fp = r_fp();
printf("backtrace\n");
uint64 upb = PGROUNDUP(fp);
uint64 db = PGROUNDDOWN(fp);
// struct proc *p = myproc();
while (fp < upb && fp > db) {
uint64 ra = *(uint64 *)(fp - 8);
printf("%p\n", ra);
fp = *(uint64 *)(fp - 16);
}
}
Alarm
这个实验在了解了 trap 机制的整个流程，如何陷入到内核代码，又如何返回用户代码之后，其实并不难，但是还是有两个地方比较难想：
-
sigalarm的调用其实只起到一个开关的作用，当开启sigalarm之后，还是要在usertrap的外部定时中断部分来执行定时响应函数，我们可以通过argaddr函数来获取sigalarm传入的作为函数地址的第二个参数，但是，我们并不能直接在usertrap中把函数地址强制类型转化为函数指针来调用函数，这是因为kernel page table与user page table是不一样的，我们需要把p->trapframe->epc修改为periodic的地址，在返回用户态时，pc 会被更新为p->trapframe->epc的值，这样返回到用户态时就会马上执行periodic函数； -
经过上面的操作，我们返回时会直接执行
periodic函数，但是执行完函数之后，机器就不知道接下来该执行哪一条指令来，因此提供了sigreturn函数，使得可以恢复到发生定时器中断时的状态，这里提到了需要保存很多寄存器的值，因此直接在struct proc中添加一个struct trapframe *save_reg;字段，在usertrap的定时中断响应中，利用memmove将p->trapframe复制到p->save_reg，而在sys_return中将p->save_reg恢复到p->trapframe。
几处关键的代码：
trap.c 中：
void usertrap(void) {
int which_dev = 0;
if ((r_sstatus() & SSTATUS_SPP) != 0)
panic("usertrap: not from user mode");
// send interrupts and exceptions to kerneltrap(),
// since we're now in the kernel.
w_stvec((uint64)kernelvec);
struct proc *p = myproc();
// save user program counter.
p->trapframe->epc = r_sepc();
if (r_scause() == 8) {
// system call
if (p->killed)
exit(-1);
// sepc points to the ecall instruction,
// but we want to return to the next instruction.
p->trapframe->epc += 4;
// an interrupt will change sstatus &c registers,
// so don't enable until done with those registers.
intr_on();
syscall();
} else if ((which_dev = devintr()) != 0) {
// ok
if (which_dev == 2 && p->interval != 0) {
// 说明启用了 alarm
++p->tick_num;
if (p->tick_num == p->interval) {
if (p->flag == 0) {
// typedef void (*Handler)();
// printf("p->handler: %p\n", p->handler);
memmove(p->save_reg, p->trapframe, PGSIZE);
p->flag = 1;
p->trapframe->epc = p->handler;
}
p->tick_num = 0;
}
}
} else {
printf("usertrap(): unexpected scause %p pid=%d\n", r_scause(), p->pid);
printf(" sepc=%p stval=%p\n", r_sepc(), r_stval());
p->killed = 1;
}
if (p->killed)
exit(-1);
// give up the CPU if this is a timer interrupt.
if (which_dev == 2) {
yield();
}
usertrapret();
}
sysproc.c 中：
uint64 sys_sigalarm() {
struct proc *p = myproc();
int interval;
if (argint(0, &interval) < 0) {
return -1;
}
uint64 addr;
if (argaddr(1, &addr) < 0) {
return -1;
}
p->interval = interval;
p->handler = addr;
return 0;
}
uint64 sys_sigreturn() {
struct proc *p = myproc();
memmove(p->trapframe, p->save_reg, PGSIZE);
p->flag = 0;
return 0;
}
同时注意在 proc.c 的 allocproc 中给 save_reg 分配空间，在 freeproc 中释放。
以及 kernel/param.h 中，FSSIZE 要修改为至少 $1088$，否则 alarmtest 能过，但是 usertests 过不了，会卡在 writebig 处，报错提示为 "test writebig: panic: balloc: out of blocks"，不知道有没有大佬能解惑。