问题描述

完成清华大学操作系统实验课 ucore(x86) lab3 时，发现无法触发 page fault 异常，具体来说时 check_pgfault() 函数会在执行如下代码时报错

static void
check_pgfault(void) {
    // ......
    uintptr_t addr = 0x100;
    assert(find_vma(mm, addr) == vma);
    int i, sum = 0;
    for (i = 0; i < 100; i ++) {
        *(char *)(addr + i) = i;
        sum += i;
    }
    for (i = 0; i < 100; i ++) {
        sum -= *(char *)(addr + i);
    }
    assert(sum == 0);

    page_remove(pgdir, ROUNDDOWN(addr, PGSIZE));
    free_page(pde2page(pgdir[0]));
    // .......
}

这段代码的意思是，通过往 0x100 附近写入数据时，触发 page fault 异常，然后异常处理例程为 pgdir 第一个目录项分配一个页表，于是执行完后，pgdir[0] 应该指向了第一个页表的物理地址才对。

在代码中对 trap_dispatch() 函数添加断点，当执行到 *(char *)(addr + i) = i 时，代码并没有触发异常，并且此时 pgdir[0] = 0，可见结果不符合预期。

联想到在 lab2 的 pmm_init() 函数，最后页目录取消了对 0~4M 地址空间的映射，而上面的代码中访问的地址正好也位于 0~4M，所以可能和该原因有关。

void
pmm_init(void) {
    // ....
    //disable the map of virtual_addr 0~4M
    boot_pgdir[0] = 0;
    check_boot_pgdir();
    print_pgdir();
}

从 pmm_init() 看到，执行 boot_pgdir[0] = 0 后没有执行 tlb_invalidate 函数，此时如果页表被缓存了，那么再次访问的时候就不会触发 page fault 了。

解决方法

在 pmm_init() 函数的结尾添加一句 tlb_invalidate(boot_dir, 0)。

void
pmm_init(void) {
    // ....
    //disable the map of virtual_addr 0~4M
    boot_pgdir[0] = 0;
    check_boot_pgdir();
    print_pgdir();
++  tlb_invalidate(boot_dir, 0);

再次编译运行，可以看到输出信息里包含了触发 page fault 的日志了。

--------------------- END ---------------------
check_vma_struct() succeeded!
page fault at 0x00000100: K/W [no page found].
check_pgfault() succeeded!