RISC-V assembly (easy)
user/call.c가 컴파일되어 생성되는 user/call.asm을 보고 몇 가지의 질문에 답하는 실습이다.
#include "kernel/param.h"
#include "kernel/types.h"
#include "kernel/stat.h"
#include "user/user.h"
int g(int x) {
return x+3;
}
int f(int x) {
return g(x);
}
void main(void) {
printf("%d %d\n", f(8)+1, 13);
exit(0);
}Q. Which registers contain arguments to functions? For example, which register holds 13 in main's call to printf?
A. main()에서 호출하는 printf()의 첫 번째 인자는 f(8) + 1이므로 12가 되고, 두 번째 인자는 13이다.
printf("%d %d\n", f(8)+1, 13);
24: 4635 li a2,13
26: 45b1 li a1,12
28: 00000517 auipc a0,0x0
2c: 7b050513 addi a0,a0,1968 # 7d8 <malloc+0xea>
30: 00000097 auipc ra,0x0
34: 600080e7 jalr 1536(ra) # 630 <printf>24 라인과 26 라인을 보면, 첫 번째 인자인 12는 a1에 들어가고, 두 번째 인자인 13은 a2에 들어가는 것을 알 수 있다.
Q. Where is the call to function f in the assembly code for main? Where is the call to g? (Hint: the compiler may inline functions.)
A. make qemu를 실행했을 때 출력되는 컴파일 명령어들 중에서 call.c를 컴파일하는 부분을 찾아보면 다음과 같다.
riscv64-linux-gnu-gcc -Wall -Werror -O -fno-omit-frame-pointer -ggdb -DSOL_TRAPS -DLAB_TRAPS -MD -mcmodel=medany -ffreestanding -fno-common -nostdlib -mno-relax -I. -fno-stack-protector -fno-pie -no-pie -c -o user/call.o user/call.c
riscv64-linux-gnu-ld -z max-page-size=4096 -N -e main -Ttext 0 -o user/_call user/call.o user/ulib.o user/usys.o user/printf.o user/umalloc.o
riscv64-linux-gnu-objdump -S user/_call > user/call.asm첫 번째 줄에서 gcc의 최적화 옵션인 -O 옵션을 확인할 수 있다. 이 옵션 때문에 f()가 인라인 함수로 최적화되어 들어가게 된다.
로컬에서 테스트해보면, -O 옵션을 빼고 돌리면 f()를 호출하는 과정이 추가되는 것을 확인할 수 있다.
Q. At what address is the function printf located?
A. printf()는 0x630에 위치한다.
0000000000000630 <printf>:
void
printf(const char *fmt, ...)
{
...Q. What value is in the register ra just after the jalr to printf in main?
A. ra는 return address를 저장하는 레지스터로, 함수 호출 후 돌아올 주소를 저장한다.
34: 600080e7 jalr 1536(ra) # 630 <printf>
exit(0);
38: 4501 li a0,0따라서 printf() 호출 직후에 ra에는 0x38이 저장된다.
Q. Run the following code.
unsigned int i = 0x00646c72;
printf("H%x Wo%s", 57616, &i);What is the output? Here's an ASCII table that maps bytes to characters.
The output depends on that fact that the RISC-V is little-endian. If the RISC-V were instead big-endian what would you set i to in order to yield the same output? Would you need to change 57616 to a different value?
Here's a description of little- and big-endian and a more whimsical description.
A. 57616은 16진수로 0xe110이고, i는 리틀 엔디안에서 메모리에 72 6c 64 00으로 저장되기 때문에 문자열로 표현하면 "rld"가 된다. 따라서 리틀 엔디안 시스템인 RISC-V에서는 "He110 World"가 출력된다.
빅 엔디안에서는 i가 메모리에 00 64 6c 72로 저장된다. 따라서 %s로 출력했을 때 가장 먼저 널 문자를 만나기 때문에 "He110 Wo"가 출력된다. 57616의 경우 %x로 16진수를 출력하기 때문에 리틀 엔디안과 빅 엔디안에서 출력되는 값은 다르지 않다.
Q. In the following code, what is going to be printed after 'y='? (note: the answer is not a specific value.) Why does this happen?
printf("x=%d y=%d", 3);A. printf()의 두 번째 %d는 함수의 세 번째 인자를 저장하는 레지스터에서 값을 가져와서 정수 형식으로 출력하는데, 코드에서 세 번째 인자를 정해주지 않았기 때문에 원래 레지스터에 저장되어 있던 쓰레기값을 출력하게 된다. 따라서 정확하게 예측할 수 없다.
Backtrace (moderate)
sys_sleep() 내부에 backtrace를 구현하는 실습이다. 스택의 frame pointer를 따라가면서 return address를 찾아서 출력하는 과정을 반복하면 된다.
Add r_fp() to riscv.h
힌트의 지시사항대로, riscv.h에 frame pointer를 읽어오는 r_fp() 함수를 추가한다.
static inline uint64
r_fp() {
uint64 x;
asm volatile("mv %0, s0"
: "=r"(x));
return x;
}Implement backtrace()
제공된 lecture notes에 따르면 return address는 frame pointer보다 한 칸 낮은 주소에 위치한다.
따라서 r_fp()로 frame pointer의 값을 가져와서 8을 빼면 return address의 주소가 된다. 그 주소에 있는 값이 return address일텐데, 만약 kernel base보다 작으면 불가능한 주소이므로 backtrace를 종료한다.
printf.c에 backtrace()를 구현한다.
void backtrace() {
printf("backtrace:\n");
uint64 fp = r_fp(); // current frame pointer
while (fp != 0) {
uint64 ret = *((uint64 *)fp - 1);
if (ret < KERNBASE) // if not valid kernel address
{
break;
}
printf("%p\n", ret);
fp = *((uint64 *)fp - 2);
}
}defs.h에 backtrace()를 추가한다.
// printf.c
...
void backtrace(void);sys_sleep()에서 backtrace()를 호출한다.
uint64
sys_sleep(void) {
...
backtrace();
return 0;
}Test
make GRADEFLAGS=backtrace grade
Alarm (hard)
Timer interrupt를 이용하여 일정 시간(단위: tick)마다 콜백 함수를 호출하는 sigalarm 시스템 콜을 구현하는 실습이다.
Add alarmtest.c to makefile
테스트 파일인 alarmtest.c가 컴파일되도록 Makefile에 추가한다.
UPROGS=\
...
$U/_alarmtest\Add sigalarm/sigreturn system call
alarmtest.c에서 사용되는 sigalarm과 sigreturn 시스템 콜을 구현해야 한다.
syscall.h에 시스템 콜 번호를 추가한다.
// System call numbers
...
#define SYS_sigalarm 22
#define SYS_sigreturn 23syscall.c에 시스템 콜을 추가한다.
...
extern uint64 sys_sigalarm(void);
extern uint64 sys_sigreturn(void);static uint64 (*syscalls[])(void) = {
...
[SYS_sigalarm] sys_sigalarm,
[SYS_sigreturn] sys_sigreturn
};alarmtest.c에서 시스템 콜을 사용할 수 있도록 user/user.h와 user/usys.pl에 추가한다.
// system calls
...
int sigalarm(int, void (*)());
int sigreturn(void);#!/usr/bin/perl -w
# Generate usys.S, the stubs for syscalls.
...
entry("sigalarm");
entry("sigreturn");Implement sigalarm system call
struct proc 구조체에 sigalarm 구현에 필요한 필드들을 추가한다.
// Per-process state
struct proc {
...
// for sigalarm
int alarm_interval; // alarm interval
int tick_passed; // how many ticks have passed since last call
void (*alarm_handler)(); // handler function
};추가한 필드들은 allocproc()에서 초기화한다.
static struct proc *allocproc(void) {
...
// for sigalarm
p->alarm_interval = 0;
p->tick_passed = 0;
p->alarm_handler = 0;
return p;
}sysproc.c에 sys_sigalarm()과 sys_sigreturn()을 정의한다. sys_sigreturn()은 일단 비워둔다.
uint64 sys_sigalarm(void) {
int ticks; // alarm interval
void (*handler)(); // handler function
if (argint(0, &ticks) < 0)
return -1;
if (argaddr(1, (uint64 *)&handler) < 0)
return -1;
struct proc *p = myproc();
p->alarm_interval = ticks;
p->alarm_handler = handler;
return 0;
}
uint64 sys_sigreturn(void) { return 0; }usertrap()에서 which_dev가 2인 경우(timer interrupt), yield() 대신 p->tick_passed를 1 증가시키고 p->alarm_interval과 같으면 p->alarm_handler로 점프하는 코드를 추가한다.
void usertrap(void) {
...
// give up the CPU if this is a timer interrupt.
if (which_dev == 2) {
// yield();
if (++p->tick_passed == p->alarm_interval) {
p->trapframe->epc = (uint64)p->alarm_handler;
p->tick_passed = 0;
}
}
usertrapret();
}Test
make GRADEFLAGS=alarmtest grade
아직 sigreturn 시스템 콜을 구현하지 않아서 test1과 test2를 통과하지 못한다.
Implement sigreturn system call
sigreturn 시스템 콜은 sigalarm의 handler function으로 점프한 이후 다시 원래 코드로 돌아오는 역할을 한다.
struct proc 구조체에 기존의 trapframe을 저장할 backup trapframe 필드를 추가한다.
struct proc {
...
// for sigreturn
struct trapframe *alarm_trapframe; // backup trapframe
};allocproc()에서 backup trapframe의 메모리를 할당한다.
static struct proc *allocproc(void) {
...
// for sigreturn
if ((p->alarm_trapframe = kalloc()) == 0) {
release(&p->lock);
return 0;
}
return p;
}freeproc()에서 backup trapframe의 메모리를 해제한다.
static void freeproc(struct proc *p) {
...
// for sigreturn
if (p->alarm_trapframe) {
kfree(p->alarm_trapframe);
p->alarm_trapframe = 0;
}
}usertrap()에서 timer interrupt를 처리할 때 기존의 trapframe을 backup하는 코드를 추가한다.
void usertrap(void) {
...
// give up the CPU if this is a timer interrupt.
if (which_dev == 2) {
// yield();
if (++p->tick_passed == p->alarm_interval) {
*p->alarm_trapframe = *p->trapframe; // backup trapframe
p->trapframe->epc = (uint64)p->alarm_handler;
p->tick_passed = 0;
}
}
usertrapret();
}sysproc.c에 sys_sigreturn()을 구현한다. Backup trapframe을 다시 복구시킨다.
uint64 sys_sigreturn(void) {
struct proc *p = myproc();
*p->trapframe = *p->alarm_trapframe; // restore trapframe
return 0;
}Test
make GRADEFLAGS=alarmtest grade
