url: https://pdos.csail.mit.edu/6.1810/2023/labs/mmap.html

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mmap和munmap系統調用允許UNIX程序對其地址空間進行精細控制。它們可用于進程間共享內存、將文件映射到進程地址空間，并作為用戶級頁面錯誤處理方案的一部分，例如課程中討論的垃圾回收算法。在本實驗中，您將向xv6添加mmap和munmap功能，重點關注內存映射文件。

The manual page (run man 2 mmap) shows this declaration for mmap:

void *mmap(void *addr, size_t len, int prot, int flags,int fd, off_t offset);

mmap 可以通過多種方式調用，但本實驗僅需要實現與文件內存映射相關的部分功能。您可以假設 addr 始終為零，這意味著內核應自行決定文件的映射虛擬地址。mmap 會返回該地址，如果失敗則返回 0xffffffffffffffff。len 是要映射的字節數，它可能與文件長度不同。prot 表示內存是否應映射為可讀、可寫和/或可執行；您可以假設 prot 是 PROT_READ 或 PROT_WRITE 或兩者兼具。flags 可以是 MAP_SHARED（表示對映射內存的修改應寫回文件）或 MAP_PRIVATE（表示不應寫回文件），無需實現其他標志位。fd 是要映射的文件的打開文件描述符。您可以假設 offset 為零（即文件中的映射起始位置）。

即使映射相同 MAP_SHARED 文件的進程不共享物理頁，也是允許的。

munmap 的手冊頁（運行 man 2 munmap）顯示其聲明如下：

int munmap(void *addr, size_t len);

munmap 應移除指定地址范圍內的內存映射。如果進程修改了該內存區域且映射方式為 MAP_SHARED，則需先將修改內容寫回文件。munmap 可能僅解除部分 mmap 映射區域，但可以假設其操作范圍僅限于：從起始位置解除、從末尾解除，或解除整個區域（而不會在區域中間“打洞”解除部分映射）。

你需要實現足夠的 mmap 和 munmap 功能，以確保 mmaptest 測試程序能夠正常運行。如果 mmaptest 沒有用到某個 mmap 的特性，你就不需要實現該特性。

When you’re done, you should see this output:

$ mmaptest
mmap_test starting
test mmap f
test mmap f: OK
test mmap private
test mmap private: OK
test mmap read-only
test mmap read-only: OK
test mmap read/write
test mmap read/write: OK
test mmap dirty
test mmap dirty: OK
test not-mapped unmap
test not-mapped unmap: OK
test mmap two files
test mmap two files: OK
mmap_test: ALL OK
fork_test starting
fork_test OK
mmaptest: all tests succeeded
$ usertests -q
usertests starting
...
ALL TESTS PASSED
$ 

以下是一些提示：

• 首先，將 _mmaptest 添加到 UPROGS 中，并添加 mmap 和 munmap 系統調用，以便編譯 user/mmaptest.c。目前，只需從 mmap 和 munmap 返回錯誤。我們在 kernel/fcntl.h 中為您定義了 PROT_READ 等。運行 mmaptest，它將在第一個 mmap 調用失敗。
• 在頁面錯誤處理時懶加載頁表。也就是說，mmap 不應分配物理內存或讀取文件。相反，在 usertrap 中（或由 usertrap 調用的頁面錯誤處理代碼中）執行此操作，就像寫時復制實驗一樣。懶加載的原因是為了確保對大文件的 mmap 快速，并且對大于物理內存的文件的 mmap 成為可能。
• 跟蹤每個進程 mmap 映射的內容。定義一個與“應用程序的虛擬內存”講座中描述的 VMA（虛擬內存區域）相對應的結構。這應該記錄由 mmap 創建的虛擬內存范圍的地址、長度、權限、文件等。由于 xv6 內核中沒有內核內存分配器，因此可以聲明一個固定大小的 VMA 數組，并根據需要從中分配。大小為 16 應該足夠。
• 實現 mmap：在進程的地址空間中找到一個未使用的區域來映射文件，并將一個 VMA 添加到進程的映射區域表中。VMA 應該包含一個指向被映射文件的 struct file 的指針；mmap 應該增加文件的引用計數，以便在文件關閉時結構不會消失（提示：參見 filedup）。運行 mmaptest：第一個 mmap 應該成功，但是對 mmap-ed 內存的第一次訪問將導致頁面錯誤并殺死 mmaptest。
• 添加代碼以使 mmap-ed 區域的頁面錯誤分配一個物理頁面的內存，將相關文件的 4096 字節讀取到該頁面，并將其映射到用戶地址空間。使用 readi 讀取文件，該文件需要一個偏移參數來讀取文件（但是您將不得不鎖定/解鎖傳遞給 readi 的 inode）。不要忘記正確設置頁面的權限。運行 mmaptest；它應該到達第一個 munmap。
• 實現 munmap：找到地址范圍的 VMA 并取消映射指定的頁面（提示：使用 uvmunmap）。如果 munmap 刪除了之前 mmap 的所有頁面，則應該減少相應 struct file 的引用計數。如果取消映射的頁面已被修改并且文件被映射為 MAP_SHARED，則應將頁面寫回文件。查看 filewrite 以獲取靈感。
• 理想情況下，您的實現只會寫回程序實際修改的 MAP_SHARED 頁面。RISC-V PTE 中的臟位（D）指示頁面是否已被寫入。但是，mmaptest 不會檢查未修改的頁面是否沒有被寫回；因此，您可以不查看 D 位就寫回頁面。
• 修改 exit 以取消映射進程的映射區域，就像調用了 munmap 一樣。運行 mmaptest；mmap_test 應該通過，但可能不是 fork_test。
• 修改 fork 以確保子進程具有與父進程相同的映射區域。不要忘記增加 VMA 的 struct file 的引用計數。在子進程的頁面錯誤處理程序中，分配一個新的物理頁面而不是與父進程共享頁面是可以的。后者會更酷，但需要更多的實現工作。運行 mmaptest；它應該通過 mmap_test 和 fork_test。

運行 usertests -q 以確保一切仍然正常工作。

TODO: here

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