[OSy] Zadani 2. semestralni prace

[Premek Paska]

Dobry den,

>> Cilem 2. semestralni prace je rozsirit jadro z 1. semestralni prace

Kde vezmeme to jadro - vysledek 1. semestralni prace?

Diky

Premek Paska

On 11/13/05, Lubomír Bulej <bulej at nenya.ms.mff.cuni.cz> wrote:
>
> Dobry den,
>
> v priloze najdete zadani 2. semestralni prace. Testy k 2. semestralni
> praci
> budou k dispozici behem pristiho tydne. Pripadne dotazy a pripominky
> smerujte
> prosim do konference.
>
>
> Lubomir Bulej
>
>
>
> Zadani 2. semestralni prace:
> -------------------------------------------------
>
> Cilem 2. semestralni prace je rozsirit jadro z 1. semestralni prace o
> spravu fyzicke pameti a mapovani virtualni pameti do fyzicke. Zadani ma
> formu rozhrani, ktere je nutno naimplementovat. K zajisteni rozumne urovne
> funkcnosti pro navazujici skupiny je nutne, aby implementace prosla sadou
> testu, ktere overuji funkcnost implementace.
>
> Ukolem bude naprogramovat:
>
> * alokator oblasti virtualni pameti
> * mapovani virtualni pameti do fyzicke
> * pristup vlaken do virtualniho adresoveho prostoru
> * obsluhu vyjimek TLB
>
>
> Pokud zadani nespecifikuje nejaky detail, je zavazne chovani, ktere
> ocekavaji testy. Pokud testy dane chovani netestuji, zadani si podle
> uvazeni dodefinujte a sve rozhodnuti zdokumentujte.
>
> Obecne pozadavky tykajici se deklarace a pouzivani chybovych kodu,
> definice zakladnich typu pouzivanych v zadani a pozadavky na formu
> zdrojovych textu jsou shodne se zadanim 1. semestralni prace.
>
>
> Virtualni adresovy prostor procesoru
> ------------------------------------
>
> V zavislosti na aktualnim rezimu (user, supervisor, kernel) je virtualni
> adresovy prostor procesoru MIPS R4000 rozdelen na nekolik segmentu.
>
> V uzivatelskem rezimu (user mode) je pristupny pouze segment USEG v
> rozsahu adres [0x00000000,0x800000000), ktery je mapovany do fyzicke
> pameti pres TLB. Pristup na adresu mimo USEG vyvola vyjimku Address
> Error.
>
> V rezimu supervizora (supervisor mode) jsou definovany segmenty SUSEG v
> rozsahu adres [0x00000000,0x80000000), a segment SSEG v rozsahu adres
> [0xC0000000,0xE00000000). Adresy v obou segmentech jsou mapovany do
> fyzicke pameti pres TLB, pricemz segment SUSEG je analogii segmentu USEG
> v uzivatelskem rezimu. Pristup na adresy mimo SUSEG a SSEG vyvola
> vyjimku Address Error.
>
> A konecne v rezimu jadra (kernel mode) jsou definovany segmenty KUSEG
> v rozsahu adres [0x00000000,0x80000000), KSEG0 v rozsahu adres
> [0x80000000,0xA0000000), KSEG1 v rozsahu adres [0xA0000000,0xC0000000),
> KSSEG/KSEG2 v rozsahu adres [0xC0000000,0xE0000000) a KSEG3 v rozsahu
> adres [0xE0000000,0xFFFFFFFF]. Adresy v segmentech KUSEG, KSSEG a KSEG2
> jsou mapovany do fyzicke pameti pres TLB, pricemz segmenty KUSEG resp.
> KSSEG jsou analogii segmetu USEG resp. SSEG v uzivatelskem rezimu resp.
> rezimu supervizora. Adresy v segmentech KSEG0 a KSEG1 jsou mapovany do
> fyzicke pameti primo (pouze odectenim pocatecni adresy segmentu).
> Virtualni adresy segmentu KSEG0 jsou tedy mapovany na fyzicke adresy v
> rozsahu [0x00000000,0x80000000), podobne je to i v pripade KSEG1.
> Na realnem systemu se segmenty KSEG0 a KSEG1 lisi take v tom, ze
> pristup na adresy KSEG0 obchazi cache procesoru.
>
>
> Virtualni adresovy prostor procesu
> ----------------------------------
>
> V kontextu operacniho systemu je virtualni adresovy prostor procesu,
> nebo take mapa virtualni pameti (address space, virtual memory map, vmm),
> datova struktura, ktera udrzuje informace o vyuziti adresoveho prostoru.
>
> Rozdeleni virtualniho adresoveho prostoru procesoru na segmenty je
> pevne dane. Protoze se zpracovani virtualnich adres procesorem v
> jednotlivych segmentech lisi, je virtualni adresovy prostor procesu
> typicky alokovan po oblastech (virtual memory area, vma) uvnitr techto
> segmentu. Oblasti virtualni pameti reprezentuji souvisly blok adres ve
> virtualnim adresovem prostoru. V zavislosti na tom, v jakem segmentu
> adresoveho prostoru procesoru se urcita oblast nachazi, je pak mapovani
> rozsahu virtualnich adres oblasti do fyzicke pameti bud pevne dane
> (pripad segmentu KSEG0 a KSEG1) nebo definovane uzivatelem (operacnim
> systemem), ktery ma moznost ovlivnovat obsah TLB.
>
> Virtualni adresovy prostor procesu je jednim z prostredku sdilenych
> vlakny uzivatelskeho procesu. Z bezpecnostnich duvodu ma kazdy proces
> operacniho systemu svuj vlastni virtualni adresovy prostor a tedy i
> mapovani do fyzicke pameti.
>
> Zaklad jadra z 1. semestralni prace dosud pracuje pouze s nezavislymi
> vlakny, ktere bezi v rezimu jadra. Pro nasledny prechod k procesum s
> vice vlakny bezicimi v uzivatelskem rezimu (napln 3. semestralni prace)
> je ovsem nejprve nutne vytvorit podporu pro virtualizaci pameti, jeji
> mapovani do fyzicke pameti a sdileni tohoto mapovani vlakny.
>
>
> Pristup vlaken do virtualniho adresoveho prostoru
> -------------------------------------------------
>
> Rozsirte stavajici implementaci vlaken v jadre o podporu pristupu
> k virtualni pameti mapovane pres TLB v ramci virtualniho adresoveho
> prostoru.
>
> Pro ucely testovani implementujte funkci:
>
> * int thread_create_new_map (
> thread_t * thread_ptr, void (* thread_start) (void *), void * data)
>
> Funkce vytvori nove vlakno podobne jako thread_create s tim rozdilem,
> ze pro vlakno vytvori novy virtualni adresovy prostor. Nove vlakno tedy
> nebude sdilet mapovanou virtualni pamet s volajicim vlaknem.
>
> Funkce thread_create_new_map do jiste miry supluje funkci process_create
> z rozhrani pro vytvareni a spravu procesu, jehoz zadani a implementace
> je naplni 3. semestralni prace.
>
>
> Sprava oblasti virtualni pameti
> -------------------------------
>
> Sprava oblasti virtualni pameti zahrnuje alokaci, manipulaci a
> uvolnovani oblasti virtualni pameti v kontextu virtualniho adresoveho
> prostoru prave beziciho vlakna. Oblasti se nesmi prekryvat, velikost a
> zacatek oblasti musi byt zarovnan na nejmensi velikost stranky
> podporovanou procesorem, v pripade MIPS R4000 tedy 4 KiB.
>
> Pro spravu oblasti virtualni pameti pouzijte vhodnou datovou strukturu,
> pricemz duraz je kladen na rozumne rychle nalezeni oblasti virtualni
> pameti k dane virtualni adrese.
>
> * int vmalloc (void ** from, size_t size, uint flags)
>
> Funkce alokuje oblast ve virtualnim adresovem prostoru o velikosti
> @size bajtu, pro tuto oblast alokuje fyzickou pamet a vytvori mapovani
> prave alokovane virtualni pameti do fyzicke.
>
> V zavislosti na hodnote bitoveho priznaku VF_VIRT_ADDR v argumentu
> @flags funkce bud automaticky zvoli vhodnou adresu zacatku oblasti
> virtualni pameti a vrati ji ve @from (hodnota VF_VA_AUTO), nebo se
> pokusi vytvorit oblast na adrese zadane volajicim ve @from (hodnota
> VF_VA_USER).
>
> Bitove pole VF_ADDR_TYPE v argumentu @flags urcuje typ segmentu
> virtualniho adresoveho procesoru, ve kterem bude virtualni oblast
> alokovana. Hodnoty bitoveho pole pro jednotlive segmenty jsou
> VF_AT_KUSEG, VF_AT_KSEG0, VF_AT_KSEG1, VF_AT_KSSEG a VF_AT_KSEG3.
> Alokace v segmentech KSEG0 a KSEG1 se vzajemne vylucuji, pokud jsou
> mapovany na stejne fyzicke adresy.
>
> Binarni format argumentu @flags je dan makry VF_VA_SIZE, VF_VA_SHIFT
> a VF_AT_SIZE, VF_AT_SHIFT, ktere specifikuji velikost bitoveho pole
> a jeho pozici ve slove.
>
> Vraci EOK pokud byla pamet alokovana a namapovana, EINVAL pokud
> nebylo mozne alokovat oblast se zacatkem na adrese @from v danem
> segmentu virtualniho adresoveho prostoru procesoru, nebo pokud
> @from ci @size nejsou zarovnany, ENOMEM pokud neni dostatek fyzicke
> pameti k provedeni operace.
>
> * int vfree (void * from)
>
> Funkce zrusi mapovani pameti pro oblast se zacatkem na adrese @from,
> ktera byla predtim vytvorena volanim vmalloc(). Dale uvolni fyzickou
> pamet, do ktere byla oblast mapovana a zrusi prislusnou oblast
> virtualni pameti.
>
> Vraci EOK pokud byla pamet uvolnena a mapovani zruseno, EINVAL pokud
> @from neukazuje na zacatek oblasti vytvorene volanim vmalloc().
>
> * int vresize (void * from, size_t size)
>
> Funkce zvetsi/zmensi velikost oblasti virtualni pameti jejiz zacatek
> lezi na adrese @from na novou velikost @size bajtu. Nesmi pritom dojit
> k prekryvu dvou ruznych oblasti virtualni pameti.
>
> Vraci EOK, pokud byla velikost oblasti uspesne zmenena, EINVAL
> pokud @from neukazuje na platnou oblast, pokud by melo dojit k
> prekryvu s jinou oblasti v dusledku zvetseni, nebo pokud neni nova
> velikost zarovnana, ENOMEM pokud nebylo mozne oblast zvetsit v kvuli
> nedostatku pameti.
>
> * int vremap (void * from, void * to)
>
> Funkce premapuje oblast zacinajici na adrese @from na adresu @to.
> Velikost oblasti a posloupnost mapovani virtualnich stranek na fyzicke
> zustava zachovana. Prekryti virtualnich adres v oblasti @from a @to
> je pripustne.
>
> Vraci EOK pokud bylo premapovani uspesne, EINVAL pokud na adrese
> @from neni platna oblast, pokud @to neni zarovnana adresa, nebo pokud
> by pri presunu melo dojit k prekryti jiz existujici oblasti.
>
> * int vmerge (void * area1, void * area2)
>
> Funkce spoji oblasti @area1 a @area2 do jedne oblasti, pokud spolu
> sousedi. Zacatek nove oblasti je na nizsi z pocatecnich adres obou
> oblasti. Vraci EOK pokud bylo spojeni provedeno, EINVAL pokud jsou
> jedna nebo obe oblasti neplatne, nebo pokud spolu nesousedi.
>
> * int vsplit (void * from, void * split)
>
> Funkce rozdeli oblast zacinajici na adrese @from na dve sousedici
> oblasti, pricemz nove vznikla oblast bude zacinat na adrese @split.
>
> Vraci EOK pokud bylo rozdeleni uspesne, EINVAL pokud @from neukazuje
> na zacatek existujici oblasti, pokud @split neni uvnitr rozdelovane
> oblasti, nebo pokud hodnota @split neni zarovnana.
>
>
> Obsluha vyjimek TLB
> -------------------
>
> Pri prekladu virtualni adresy na fyzickou muze procesor vyvolat dva
> druhy vyjimek. Prvni z vyjimek je TLB Refill, ktera je vyvolana v
> pripade, ze pro pozadovanou virtualni adresu nebyl v TLB nalezen zaznam
> s odpovidajici fyzickou adresou. Druhou z vyjimek je TLB Invalid, ktera
> je vyvolana v pripade, ze v TLB sice existuje polozka pro pozadovanou
> virtualni adresu, ale tato polozka je neplatna.
>
> Obsluha obou typu vyjimek by mela nalezt mapovani pro prislusnou virtualni
> adresu a naplnit TLB. Pokud nebude pro danou virtualni adresu mapovani
> existovat, ocekava se, ze jadro vypise varovne hlaseni a vlakno, ktere
> vyjimku vyvolalo, zrusi.
>
> Pozn.: Moznost oznacit polozku TLB jako neplatnou lze pouzit napr. pri
> implementaci copy-on-write mechanizmu nebo swapovani, v ramci zadani 2.
> semestralni prace vsak pro jeho vyuziti neni prostor.
>
>
> Uprava stavajiciho alokatoru pameti
> -----------------------------------
>
> Stavajici alokator pameti s rozhranim malloc/free alokuje pamet z haldy
> umistene v segmentu KSEG0 virtualniho adresoveho prostoru procesoru.
> Protoze soucasne s timto alokatorem bude stranky fyzicke pameti alokovat
> take volani vmalloc(), je nutne zajistit, aby stejnou stranku fyzicke
> pameti nepouzival alokator haldy a oblast virtualni pameti vytvorena
> volanim vmalloc().
>
> Upravte stavajici alokator tak, aby nedochazelo k uvedenym kolizim a
> zaroven aby alokator vracel pouze pamet ze segmentu KSEG0 virtualniho
> adresoveho prostoru procesoru, tj. aby bylo mozne k alokovane pameti
> pristupovat bez pouziti TLB.
>
>
> Kopirovani pameti mezi vlakny
> -----------------------------
>
> Pro testovaci ucely implementujte nasledujici funkce:
>
> * int copy_from_thread (thread_t thr,
> void * dest, const void * src, size_t len)
>
> Funkce zkopiruje data z virtualni pameti vlakna @thr do virtualni
> pameti volajiciho vlakna. Vraci EOK pokud byla data zkopirovana,
> EINVAL pokud je identifikace zdrojoveho vlakna neplatna.
>
> * int copy_to_thread (thread_t thr,
> void * dest, const void * src, size_t len)
>
> Funkce zkopiruje data z virtualni pameti volajiciho vlakna do
> virtualni pameti vlakna @thr. Vraci EOK pokud byla data zkopirovana,
> EINVAL pokud je identifikace zdrojoveho vlakna neplatna.
>
>
> Integrace s testy
> -----------------
>
> K integraci s testy vytvorite hlavickovy soubor assignment-2.h, ktery bude
> obsahovat deklarace vsech vyse uvedenych funkci. Typicky bude obsahovat
> #include direktivy, ktere zajisti vlozeni vasich hlavickovych souboru s
> prislusnymi deklaracemi.
>
> Dale musi soubor obsahovat deklaraci funkce assignment_test (void),
> kterou zavolate z vaseho jadra.
>
> --
> Posledni modifikace: 2005/11/13 22:22
>
>
> _______________________________________________
> OSy mailing list
> OSy at nenya.ms.mff.cuni.cz
> http://nenya.ms.mff.cuni.cz/mailman/listinfo/osy
>
>
>
-------------- next part --------------
An HTML attachment was scrubbed...
URL: <http://d3s.mff.cuni.cz/pipermail/nswi004/attachments/20051114/976c30bb/attachment.html>