本篇为 OS Lab1 的实验报告，重点记录 Thinking 题作答、关键难点分析与实验体会。

一、实验目标与内容

  • 创建一个进程并成功运行
  • 实现时钟中断，通过时钟中断内核可以再次获得执行权
  • 实现进程调度，创建两个进程，并且通过时钟中断切换进程执行 在Lab3 中将运行一个用户模式的进程。 本实验需要使用数据结构进程控制块Env来跟踪用户进程，并建立一个简单的用户进程，加 载一个程序镜像到指定的内存空间，然后让它运行起来。 同时，实验实现的MIPS 内核具有处理异常的能力。

二、Thinking

Thinking 3.1：

  • e->env_pgdir[PDX(UVPT)]=PADDR(e->env_pgdir)|PTE_V PADDR(e->env_pgdir)得到页目录的物理地址，并且有效位置为1，把这个值放到UVPT这个地址对应的页目录索引在env_pgdir中对应的表项里。其实就是在做自映射，把页目录映射到UVPT这个基址上。

Thinking 3.2：

  • maper中的第一个参数data就是传入elf_load_seg的e参数，得到env->env_pgdir,env->env_asid告知page_insert地址空间。所以是必要的。

Thinking 3.3：

  • ph是程序头里面包含了需要加载的页面的大小权限等各种信息，binary+ph->offset是文件内要加在的信息的起点，e传递地址空间信息，map函数用来实现整个过程。

Thinking 3.4

  • 是虚拟地址，因为这里存储的是程序入口，map时已经放入内存里了，所以是虚拟地址，运行的时候根据该虚拟地址找到入口。

Thinking 3.5

  • 在genex.S里实现。

Thinking 3.6

  • 进入异常时关闭,在 entry.S 的 exc_gen_entry：
mfc0 t0, CP0_STATUS
and  t0, t0, ~(STATUS_UM | STATUS_EXL | STATUS_IE)
mtc0 t0, CP0_STATUS

  • 这里把 STATUS_IE 清掉了，所以全局中断关闭。

  • 调度并返回前开,在 env_asm.S 的 env_pop_tf：

RESET_KCLOCK
j ret_from_exception
  • 然后 ret_from_exception 里 RESTORE_SOME + jr EPC + rfe。
  • 根据 CP0_STATUS 位选择是否开启。

Thinking 3.7

  • 时钟中断进入异常入口genex.S，防止被再次中断关闭中断，然后进入traps.c，根据CAUSE字段分发异常，分发给handle_init,然后进入schedule选好下一个切换的进程，env_run运行进程，返回cp0_rpc.

三、难点分析

  • 1.编写schedule函数，注意best->env_*等内容不能初始为NULL，或者进行这一步时best不能为NULL，不然会报错address too low.
  • 2.添加新的异常处理，完善整体的异常处理，主要是entry.S,genex.S,traps.c这三个文件，函数的实现可以写在genex.S里也可以在trap.c里直接写出，理解并使用宏定义对各种情况进行分发补充traps.c

四、实验体会

  • 1.在线考试被least不能为NULL卡了好久，虽然课下练习时没有出现这个错误，还是要注意，不然tlb会报错。

  • 2.这次通过 entry.S -> genex.S -> schedule -> env_run -> env_pop_tf 这条链，学习了 CPU 如何从用户态陷入内核、保存现场、选择下一个进程、再恢复现场返回用户态。对“上下文切换”的理解也更具体了：本质是寄存器现场、地址空间（页目录/ASID）和执行入口（EPC）的切换。IE/EXL/UM 位的开关时机、COUNT/COMPARE 的重置、ACK 中断源等都直接影响系统是否能稳定抢占。整体来看，异常是控制权回收机制，调度是控制权再分配机制。二者配合后，系统才能实现多进程并发与公平运行。