6.828 lab3 User Environments
Contents
Part A: User Environments and Exception Handling
Exercise 1
修改 kern/pmap.c 中的 mem_init()，分配存放 env 数组的内存，并且完成内存空间映射
代码实现：
Exercise 2
实现下列函数 env_init(): 初始胡 env 数组，将数组中的结构体加到 env_free_list 中，调用 env_init_percpu，用来区分 cpu 执行的权限级别，0-内核，3-用户 env_setup_vm(): 为新环境分配页目录并初始化 region_alloc()：分配并映射物理内存 load_icode()：解析 elf 格式的二进制文件，把其内容加载到用户地址空间 env_create：调用 region_alloc() 和 load_icode() env_run(): 在用户模式运行 env
实现 env_init(), 将数组中的所有 env 标记为 ENV_FREE, 将 env_id 置为 0，并将它们添加到 env_free_list, 确保在 env_free_list 中的位置和 envs 数组中的位置一样
代码实现：
实现 env_setup_vm(), 已 kern_pgdir 为模板来初始化 env_pgdir, env_pgdir 的 pp_ref 需要修改
代码实现
实现 region_alloc(), 使用 lab2 的 page_alloc() 和 page_insert() 来实现
实现 load_icode(), 根据 elf header 中的信息，将代码段部分加载到对应的虚拟内存，只需要加载 ph->p_type == ELF_PROG_LOAD 的代码段，每个代码段要加载到的虚地址可以通过 ph->p_va 获取，段大小可以通过 ph->p_memsz 获取，从 binary + ph->p_offset 开始，大小为 ph->p_filesz 部分需要复制到虚地址 ph->p_va，其他剩余的部分需要置为 0.
实现 env_create(), 使用 env_alloc() 分配一个环境，然后用 load_icode() 加载二进制 elf, 设置 env_type
实现 env_run(), 如果此时 env 的状态是 running 的话，将其设为 runnable。 将 curenv 设置为当前的新的 env, 将其设为 running 状态，更新 env_runs 计数器，使用 lcr3() 转换到新环境的地址空间，使用 env_pop_tf() 回复其寄存器信息。
Exercise 3
阅读 80386 Programmer’s Manual 中的 Chapter 9, Exceptions and Interrupts，了解异常和中断
Exercise 4
编辑 trapentry.S 和 trap.c, 使得每一个异常或中断都有其 handler, trap_init() 应该根据这次 handler 的地址来初始化 IDT，每一个 handler 都要在栈中构建 Trapframe 结构体并通过指向 trapframe 的指针调用 trap()，trap() 处理异常或中断或者把它分发给对应的 handler, trapentry.S 中的 TRAPHANDLER 和 TRAPHANDLER_NOEC 宏以及 inc/trap.h 中的 T_*定义会对你有帮助，你需要为定义在 inc/trap.h 中的每一个 trap 在 trapentry.S 中添加入口，你还要提供_alltraps, 需满足一下几点
- 需要将 trapframe 需要的值入栈
- 将 GD_KD 加载到%ds 和%es
- pushl %esp
- call trap
首先使用 TRAPHANDLER 和 TRAPHANDLER_NOEC 绑定中断号和中断处理函数的关系
然后实现_alltraps:
最后设置中断
Question 1
为什么要为每一个中断单独设置一个 handler? 如果所有的异常或中断都由同一个 handler 来处理，那会不现在的实现少哪些特性？ 首先单独设置中断能够根据 err_code 进行分别处理，然后就是可以区分每个中断的权限，区分出用户和内核权限。
Question 2
你需要做什么来使得用户产生的软中断能够正确执行吗？评分的脚本期望发生 trap13，但是用户的软中断为 14，为什么软中断 14 使得 13 号中断发生了，如果用户软中断可以和内核一样 14 软中断就是 14 号中断会发生什么？ 因为中断的执行区分不同权限的，如果用户中断和内核中断一样的话，用户就有可能恶意使用中断，造成内核安全问题
Part B: Page Faults, Breakpoints Exceptions, and System Calls
Exercise 5
修改 trap_dispatch()，将缺页中断分发给 page_fault_handler()
Exercise 6
实现断点异常处理，要求用户代码能够产生断点异常
Question 3
断点测试会产出断点异常和 general protection fault 中其中一个，这取决于你如何初始化断点的中断向量，为什么是这样？什么样错误的设定会导致产生 general protection fault？ 就是 SETGATE 这里设置错误会导致 general protection fault，GD_KT 这个段地址指向了错误的地址，权限设置错误也会导致这个错误
Question 4
你怎样看待这个机制？ 这是用户和内核的权限分离，使得内核更加安全
Exercise 7
实现系统调用
首先需要增加系统调用的中断
在 trap_dispatch() 中处理 syscall 中断
在 kern/syscall.c 中实现 syscall 函数
Exercise 8
补充相应的用户代码，在 lib/libmain.c 中，修改 libmain()
Exercise 9
修改 kern/trap.c 使得如果内核产生缺页中断产生 panic
根据 tf_cs 的低位来区分中断是发生在内核还是用户
实现 user_mem_check()
修改 kern/syscall.c 来检查传入的参数
修复 debuginfo_eip 用 user_mem_check 来检查 usd, stabs, and stabstr
结束
