关于c:MIT-6181068286S081-操作系统工程-Lab4-Trapsdoing

RISC-V assembly (easy)

问题

1. 哪些寄存器保留函数的参数？例如，在 main 函数对 printf 的调用中，哪个寄存器保留 13？
2. main函数中哪里调用了汇编代码中的 f 函数和 g 函数？（编译器可能内联函数）
3. printf位于哪个地址？
4. 紧接着在 main 中跳转到 printf 之后，寄存器 ra 中保留的值是什么？

5. 运行下列代码：

   unsigned int i = 0x00646c72;
   printf("H%x Wo%s", 57616, &i);

   输入什么？
   输入取决于 RISC- V 是小端序（little-endian）的事实。若 RISC- V 是大端序 (big-endian)，则i 该当设置成什么能力给出雷同的输入？须要扭转 57616 吗？

6. 下列代码中，y=之后将会输入什么？（非特定值）为何？

   printf("x=%d y=%d", 3);

答复

1. a0 a1 a2（main 函数只有这仨，实际上到 a7）; a2 保留 13
2. 在 0x26 处，看到间接将 12 给寄存器 a1，阐明 f 的调用被优化掉了
3. 在 0x34 处，可知 jalr 跳转到 1554 + ra 地址处。而依据 0x30 处，寄存器 ra 保留了 0x30 的地址，因而 jalr 跳转到 1554(dec)+0x30(hex)=0x642(hex)的指标地址，因而 printf 的地址是 0x642，发现与正文雷同
4. 0x38

5. 输入：HE110 World

   • 首先 %x 输入 57616 的十六进制模式
   • 而后是值为 0x00646c72 的 i，%s 实际上读取的是字符串，也就是一个又一个 char，所以i 这个 int 类型实际上能够看作由 4 个 char 类型组成，而后就是这 4 个 char 怎么排列的问题
   • 大端序即：0x12345678 -> 0x 12 34 56 78（从左到右地址序号增大）
   • 小端序即：0x12345678 -> 0x 78 56 34 12（从左到右地址序号增大）
   • 材料指出 RISC- V 采纳小端序，由此可知 i 在内存当中的贮存为：0x 72 6c 64 00
   • 因而会先读取值为 0x72 的char类型，在 ascii 中对应字母 r；而后是0x6c，对应字母l；0x64 对应 d；0x00 对应终止

   因而若是大端序，则 i 应设置为：i = 0x646c7200。而 57616 不须要变，因为没有产生扭转大小的类型转变。

6. 实践上讲，因为传入两个参数，因而 a0 和 a1 寄存器都保留了确定的值，但在 printf 中因为应用了第三个参数，因而会应用 a2 的值作为 y= 后边的输入值；但 a2 寄存器中的值并不能确定，因而不确定输入后果。
   但实际上，我尝试屡次都是 1。可能是因为没有函数应用寄存器 a2，a2 就始终放弃值为 1 的状态吧

Backtrace (moderate)

要求

回溯对 debug 十分有用：在 error 产生时刻的堆栈上零碎调用的一个列表。为实现回溯，编译器生成机器码，在堆栈上保护以后调用链上每个函数对应的堆栈帧。每个堆栈帧由返回地址和一个指向调用者堆栈帧的帧指针组成。寄存器 s0 包含一个指向以后堆栈帧的指针（理论指向堆栈上保留的返回地址 +8）. 你的 backtrace 该当应用帧指针遍历堆栈并打印堆栈帧上保留的返回地址。

在 kernel/printf.c 中实现 backtrace()。在sys_sleep 中调用此函数。运行命令bttest，会调用sys_sleep。输入格局该当如下所示：

backtrace:
0x0000000080002cda
0x0000000080002bb6
0x0000000080002898

在终端运行命令 addr2line -e kernel/kernel 并将 backtrace 输入的地址复制粘贴过去就能失去以下输入：

kernel/sysproc.c:74
kernel/syscall.c:224
kernel/trap.c:85

提醒

• 在 defs.h 中增加定义。

• GCC 编译器将以后函数的帧指针保留在寄存器 s0 中。在 kernel/risv.h 中增加上面的函数：

  static inline uint64 r_fp() {
      uint64 x;
      asm volatile("mv %0, s0" : "=r" (x) );
      return x;
  }

  在 backtrace 中调用该函数可通过内联的机器码读取寄存器s0

• 堆栈帧布局示意图（如下）。留神，返回地址位于堆栈帧帧指针固定偏移 - 8 的中央；以及保留的帧指针位于（以后）帧指针固定偏移 -16 的地位。

  Stack
                  .
                  .
      +->          .
      |   +-----------------+   |
      |   | return address  |   |
      |   |   previous fp ------+
      |   | saved registers |
      |   | local variables |
      |   |       ...       | <-+
      |   +-----------------+   |
      |   | return address  |   |
      +------ previous fp   |   |
          | saved registers |   |
          | local variables |   |
      +-> |       ...       |   |
      |   +-----------------+   |
      |   | return address  |   |
      |   |   previous fp ------+
      |   | saved registers |
      |   | local variables |
      |   |       ...       | <-+
      |   +-----------------+   |
      |   | return address  |   |
      +------ previous fp   |   |
          | saved registers |   |
          | local variables |   |
  $fp --> |       ...       |   |
          +-----------------+   |
          | return address  |   |
          |   previous fp ------+
          | saved registers |
  $sp --> | local variables |
          +-----------------+

• backtrace须要辨认最初的栈帧以进行递归。一个有用的事实是，为每个内核堆栈调配的内存由单个对齐内存页组成，因而给定堆栈上的所有堆栈帧都在同一内存页上。你能够应用 PGROUNDDOWN(fp) 辨认帧指针援用的内存页

如果 backtrace 运行失常，能够在 panic 中调用它。

实现

1. 在 defs.h 中增加定义（略）
2. 将提醒给的 r_fp() 函数复制到risv.h（略）

3. backtrace实现思路：

   • 首先还是能够确定，最简略的办法还是递归调用一个打印函数。
   • 递归就须要确定递归终止条件，这次提醒中也给出了终止条件——堆栈帧都保留在同一内存页上，即帧指针都在同一内存页。由此可得递归终止条件：若以后堆栈帧中保留的前一个帧指针与以后帧指针不在同一内存页，则阐明保留的并非帧指针，就能够终止递归了。
   • 而后就是返回地址获取办法：以后帧指针偏移 - 8 后解援用
   • 前一个帧指针获取办法：以后帧指针偏移 -16 后解援用

4. 在 printf.c 中实现backtrace

   void printFramePointer(uint64 fp) {uint64 pre_fp = *(uint64*)(fp - 16);
       printf("%p\n", *(uint64*)(fp - 8));
       if (PGROUNDDOWN(fp) == PGROUNDDOWN(pre_fp)) {printFramePointer(pre_fp);
       }
   }
   
   void backtrace(void) {printFramePointer(r_fp());
   }

5. 在 sys_sleep() 中增加backtrace()（略）

后果

运行后果

测试后果