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MIT6.S081
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4.6 kvminit 函数

接下来,让我们看一看代码,我认为很多东西都会因此变得更加清晰。
首先,我们来做一个的常规操作,启动我们的XV6,这里QEMU实现了主板,同时我们打开gdb。
上一次我们看了boot的流程,我们跟到了main函数。main函数中调用的一个函数是kvminit(注,详见3.9),这个函数会设置好kernel的地址空间。kvminit的代码如下图所示:
我们在前一部分看了kernel的地址空间长成什么样,这里我们来看一下代码是如何将它设置好的。首先在kvminit中设置一个断点,之后运行代码到断点位置。在gdb中执行layout split,可以看到(从上面的代码也可以看出)函数的第一步是为最高一级page directory分配物理page(注,调用kalloc就是分配物理page)。下一行将这段内存初始化为0。
之后,通过kvmmap函数,将每一个I/O设备映射到内核。例如,下图中高亮的行将UART0映射到内核的地址空间。
我们可以查看一个文件叫做memlayout.h,它将4.5中的文档翻译成了一堆常量。在这个文件里面可以看到,UART0对应了地址0x10000000(注,4.5中的文档是真正SiFive RISC-V的文档,而下图是QEMU的地址,所以4.5中的文档地址与这里的不符)。
所以,通过kvmmap可以将物理地址映射到相同的虚拟地址(注,因为kvmmap的前两个参数一致)。
在page table实验中,第一个练习是实现vmprint,这个函数会打印当前的kernel page table。我们现在跳过这个函数,看一下执行完第一个kvmmap时的kernel page table。
我们来看一下这里的输出。第一行是最高一级page directory的地址,这就是存在SATP或者将会存在SATP中的地址。第二行可以看到最高一级page directory只有一条PTE序号为0,它包含了中间级page directory的物理地址。第三行可以看到中间级的page directory只有一条PTE序号为128,它指向了最低级page directory的物理地址。第四行可以看到最低级的page directory包含了PTE指向物理地址。你们可以看到最低一级 page directory中PTE的物理地址就是0x10000000,对应了UART0。
前面是物理地址,我们可以从虚拟地址的角度来验证这里符合预期。我们将地址0x10000000向右移位12bit,这样可以得到虚拟地址的高27bit(index部分)。之后我们再对这部分右移位9bit,并打印成10进制数,可以得到128,这就是中间级page directory中PTE的序号。这与之前(4.4)介绍的内容是符合的。
从标志位来看(fl部分),最低一级page directory中的PTE有读写标志位,并且Valid标志位也设置了(4.3底部有标志位的介绍)。
内核会持续的按照这种方式,调用kvmmap来设置地址空间。之后会对VIRTIO0、CLINT、PLIC、kernel text、kernel data、最后是TRAMPOLINE进行地址映射。最后我们还会调用vmprint打印完整的kernel page directory,可以看出已经设置了很多PTE。
这里就不过细节了,但是这些PTE构成了我们在4.5中看到的地址空间对应关系。
(下面问答来自课程结束部分,因为内容相关就移到这里。)
学生:下面这两行内存不会越界吗?
Frans:不会。这里KERNBASE是0x80000000,这是内存开始的地址。kvmmap的第三个参数是size,etext是kernel text的最后一个地址,etext - KERNBASE会返回kernel text的字节数,我不确定这块有多大,大概是60-90个page,这部分是kernel的text部分。PHYSTOP是物理内存的最大位置,PHYSTOP-text是kernel的data部分。会有足够的DRAM来完成这里的映射。