MIT6.828 Lab3-1 Speed up system calls (easy)

实验内容

• 这个实验的目标是优化 xv6 中的某些系统调用（如 getpid()），通过共享内存的方式减少用户态和内核态之间的切换开销。
• 其中，物理地址在kernel/memlayout.h中定义

#define USYSCALL (TRAPFRAME - PGSIZE)
struct usyscall {
  int pid;  // Process ID
};

修改内容

• kernel/proc.h中添加定义

struct proc {
  // ... 原有字段
  struct usyscall *usyscall;  // 共享内存区域
};

• kernel/proc.c 中分配共享页面（分配物理页）

static struct proc*
allocproc(void)
{
  // ... 原有代码
  // Allocate a usyscall page
  if((p->usyscall = (struct usyscall *)kalloc()) == 0){
    freeproc(p);
    release(&p->lock);
    return 0;
  }
  p->usyscall->pid = p->pid;  // 初始化共享数据
  // ... 原有代码
}

• kernel/proc.c 中释放共享页面（回收物理页）

static void
freeproc(struct proc *p)
{
  // ... 原有代码
  
  if(p->usyscall)
    kfree((void*)p->usyscall);
  p->usyscall = 0;
  
  // ... 原有代码
}

• kernel/proc.c 中添加映射（映射虚拟地址和物理页）

pagetable_t
proc_pagetable(struct proc *p)
{
  // ... 原有代码
  
  // map the USYSCALL page
  if(mappages(pagetable, USYSCALL, PGSIZE,
              (uint64)(p->usyscall), PTE_R | PTE_U) < 0){
    uvmunmap(pagetable, TRAMPOLINE, 1, 0);
    uvmunmap(pagetable, TRAPFRAME, 1, 0);
    uvmfree(pagetable, 0);
    return 0;
  }
  
  return pagetable;
}

• kernel/proc.c 中释放映射

void
proc_freepagetable(pagetable_t pagetable, uint64 sz)
{
  uvmunmap(pagetable, TRAMPOLINE, 1, 0);
  uvmunmap(pagetable, TRAPFRAME, 1, 0);
  uvmunmap(pagetable, USYSCALL, 1, 0);  // 取消映射共享页面
  uvmfree(pagetable, sz);
}