# HG changeset patch # User tobaru # Date 1523959635 -32400 # Node ID fae2e3cb58213665acc123ed16baabdc6ceb68b9 xv6_read diff -r 000000000000 -r fae2e3cb5821 Xv6_read_0416.pdf Binary file Xv6_read_0416.pdf has changed diff -r 000000000000 -r fae2e3cb5821 Xv6読み会.html --- /dev/null Thu Jan 01 00:00:00 1970 +0000 +++ b/Xv6読み会.html Tue Apr 17 19:07:15 2018 +0900 @@ -0,0 +1,665 @@ + + + + + + + +X.v6読み会 + + + + + + + + + +

X.v6読み会

+ +

Boot Sequence

+ +

Boot

+ +

        Kernel load
+ Page   Table (Boot用のPagetableの設定)
+ initialize (memory / IO / process / file )
+ ini process
+

+ +

Kernel load
+ +
- x86ならEFIがある
- ARMだとVersatile(firmware)
paging を設定しなければ動かない
Boot用のpagetableの設定ができた後一連の初期化を行う
+ +
- memory
- I/O
- process
- file
初期化が終わった後
+ +
- init process(process番号1番)
- init process は linux だと rc.d/~ の下にある

+ +

ls 時の User と System

+ +

User        Sys
+fork
+exec        ls  (lsを探す)
+            open    ls
+            load    ls 
+            (loadの後にmemory空間の初期化を行う)
+            pase table reset 
+            goto User Mode
+opendir
+            system call (file IO) (VM)
+            (filesystemを読んでまたUserに値を返す)
+            
+             
+

+ +

10行目 VM の説明
+ +
- lsは自分で仮装メモリにアクセスしていくので memory allocation をやる
- malloc は User library だが memory の要求は System でやらなきゃいけない
- break とい System call で memory を増やす
- memory を増やすと OS は最初に ls のバイナリを生成
- すると、break で取った領域が別にできる
- breakで取った memory が全部リアル memory に割り当てられるわけではない
- いくつかは仮想メモリに行く
- memory にアクセスした時に仮装メモリだったらtrapしてmemoryを割り当てる
- memoryが割り当てられなければ、他の実メモリを追い出して書き換える
- VM関係の一連の処理がある
fork
+ +
- forkすると process structure ができる
- process自体は active や waitの状態を持っている
- 複数のactiveがあると順に実行していく(scheduler)
kernel の要素
+ +
- process manegement
- scheduler
- file IO
- Virtual Memory

+ +

この4つの Kernel の要素を読んでいく

+ +

X.v6 の trace

+ +

arm 用の gdb で kernel.elf を開く

+ +

dalmoreに入って

+ +

cd /mnt/dalmore-home/one/src/xv6-rpi/src
+/net/open/Linux/arm/gcc-arm-none-eabi-7-2017-q4-major/bin/arm-none-eabi-gdb kernel.elf

+ +

qemuを立ち上げる +見たいのは Boot Sequence だから qemu-debug を使う

+ +

make clean; make -f makefile-armclang qemu-debug

+ +

makefile-armclang の qemu-debug 部分

+ +

qemu-debug : kernel.elf
+        @clear
+        @echo "Press Ctrl-A and then X to terminate QEMU session\n"
+        export QEMU_AUDIO_DRV=none ; $(QEMU)  -M versatilepb -m 128 -cpu ${QEMUCPU} -nographic -singlestep -d exec,cpu,guest_errors -D qemu.log -kernel kernel.elf -s -S

+ +

-M versatilepb + +
- 仮想メモリにこの firmwere を使うという指示
- versarilepb は Raspi(ARM) のfirmwereの一種
-m 128 + +
- memory の量
-cpu ${QEMUCPU} + +
- cpu の種類
- アーキテクチャによって命令違う
- armのxv6を作る時のcompile時にcpuに教えるcpuの種類と合わせる必要がある
- 名前がqemu側とcompile側のcpuの名前が違うので試行錯誤して合わせる
-s -S + +
- Boot時に debugger が接続するまで止めるようにする

+ +

gdb

+ +

(gdb)b _start
+
+# remote 接続
+(gdb)target remote :1234 
+
+# bt: stackを参照して、stack上のfanction callの履歴を調べる
+(gdb)bt  
+
+(gdb)info registarts (初期のレジスタ)
+r0 ~ r12 (ARMのレジスタは0~12)
+sp (stack pointer)
+lr (link regester)
+pc (program counter)
+cpsr (cpu statusのレジスタ)
+
+(gdb)disass 
+# disassemblerの略
+
+(gdb)x/20x $pc+48+4 
+0x100030
+# entry.Sのr1,=edata_entryやend_entryが$pc+48に変わってる
+# pcは次の命令を指している10030->10038だから48からさらに+4
+
+(gdb)p (void*) edata_entry
+$1 = (void *0) 0x10588 <edata_entry>
+# 10588がレジスタのr1に入る
+
+(gdb)stepi
+(gdb)info registers
+r1 0x10588 66952
+
+(gdb)stepi
+(gdb)info registers
+r1  0x10588 66952
+r2  0x19000 102400
+
+(gdb)define ni
+>x/1i $pc
+>x/1i $pc
+>end
+# こうするとentry.Sを1命令ずつ実行できる
+
+
+(gdb)si
+0x0001000c in _start ()
+=> 0x1000c <_start+12>: cmp r1,r2
+
+(gdb)si
+0x0001000c in _start ()
+=> 0x1014c <_start+16>: cmp r1,{r3}
+
+(gdb)disass
+=>  0x00010014 <*20>: blt
+    0x00010018 <*24>: msr
+# blt でループしてることがわかる
+
+(gdb)tb *0x00010018
+(gdb)c                   
+# bltのループを抜ける
+
+(gdb)disass
+(gbd)info registers
+r1  0x19000 102400
+r2  0x19000 102400
+# r2の値になるまでr1をincrementすることでループを抜けてる事がわかる
+# 19000までmemoryがある
+
+# CPUのコントロール
+
+
+(gdb)si
+(gdb)info registers
+cpsr    0x600001d3
+
+# entry.Sの MSRの行を実行
+(gdb)si
+(gdb)info registers
+cpsr    0xd3
+# CPUのコントロールレジスタを指定している　
+# supervisorじゃないとアクセスできない
+
+# entry.Sの LDR の行を実行
+(gdb) si
+(gdb) info registers
+sp  0x12000
+# 0x0 -> 0x12000
+# stack ponterが設定されたのでサブルーチンコールが使えるようになる
+# サブルーチンコール 戻り先をstackに覚えておいてそこに飛ぶ
+# lr(link register)に覚えさせる事で1回だけアクセスせずに飛ぶ事ができる
+# BL breach & link
+
+
+(gdb)si
+(gdb)info registers
+lr  0x10024
+
+(gdb)disass _start
+    0x00010024 <+36>: b
+
+# startまできたのでここ以降はstart.c
+(gdb)l
+# cなので　next が使える
+
+(gdb)next
+(gdb)next
+(gdb)s
+set_bootpgtbl(... lent=1048576 ...)
+(gdb)p (void*) len
+$2 = (void *) 0x100000
+# 1048576 は16進数で100000
+
+(gdb)disass
+

+ +

memory に直接 load できる値は長い値だとmemory一旦置かないといけない
一番最初に呼び出すのは C で書かれたファイルじゃなくてアセンブラ
+ +
- entry.S で行なっている

+ +

entry.S

+ +

_start:
+    LDR     r1, =edata_entry
+    LDR     r2, =end_entry
+    MOV     r3, #0x00
+
+# BLT までをループ
+1:
+    CMP     r1, r2
+    STMLTIA r1!, {r3}  # {}はレジスタのリスト r1にセーブする 
+    # !は セーブした数だけr1を進める(++とかと一緒)
+    # Memclear とかと一緒
+     
+    BLT     1b
+    
+
+    # initialize stack pointers for svc modes
+    # CPUのコントロールレジスタを指定
+    # cpsr 0xd3
+    MSR     CPSR_cxsf, #(SVC_MODE|NO_INT)
+    LDR     sp, =svc_stktop
+
+    BL      start
+    B .

+ +

B . まで行くとそこを永遠とループする + +
- ARM fault持ってるので Bではなくfaultにすべき

+ +

start.c

+ +

l.166~

+ +

void start (void)
+{
+        uint32  vectbl;
+    _puts("starting xv6 for ARM...\n");
+
+    // double map the low memory, required to enable paging
+    // we do not map all the physical memory
+    set_bootpgtbl(0, 0, INIT_KERNMAP, 0);
+    set_bootpgtbl(KERNBASE, 0, INIT_KERNMAP, 0);

+ +

l.69~

+ +

    for (idx = 0; idx < len; idx++) {
+        pde = (phy << PDE_SHIFT);
+
+        if (!dev_mem) {
+            // normal memory, make it kernel-only, cachable, bufferable
+            pde |= (AP_KO << 10) | PE_CACHE | PE_BUF | KPDE_TYPE;
+            // |(or) を使って足して行く
+        } else {
+            // device memory, make it non-cachable and non-bufferable
+            pde |= (AP_KO << 10) | KPDE_TYPE;
+        }

+ +

ARMv6 page table entry +https://developer.arm.com/docs/ddi0211/h/memory-management-unit/hardware-page-table-translation/armv6-page-table-translation-subpage-ap-bits-disabled

+ + + + + + + diff -r 000000000000 -r fae2e3cb5821 Xv6読み会.md --- /dev/null Thu Jan 01 00:00:00 1970 +0000 +++ b/Xv6読み会.md Tue Apr 17 19:07:15 2018 +0900 @@ -0,0 +1,302 @@ +# X.v6読み会 + +## Boot Sequence + + **Boot** + + ``` + Kernel load + Page Table (Boot用のPagetableの設定) + initialize (memory / IO / process / file ) + ini process + + ``` + ![](./xv6_BootSequence.svg) + + +- Kernel load + - x86ならEFIがある + - ARMだとVersatile(firmware) + + +- paging を設定しなければ動かない +- Boot用のpagetableの設定ができた後一連の初期化を行う + - memory + - I/O + - process + - file +- 初期化が終わった後 + - init process(process番号1番) + - init process は linux だと rc.d/~ の下にある + +## ls 時の User と System +``` +User Sys +fork +exec ls (lsを探す) + open ls + load ls + (loadの後にmemory空間の初期化を行う) + pase table reset + goto User Mode +opendir + system call (file IO) (VM) + (filesystemを読んでまたUserに値を返す) + + + +``` + +- 10行目 **VM** の説明 + - lsは自分で仮装メモリにアクセスしていくので memory allocation をやる + - malloc は User library だが memory の要求は System でやらなきゃいけない + - break とい System call で memory を増やす + - memory を増やすと OS は最初に ls のバイナリを生成 + - すると、break で取った領域が別にできる + - breakで取った memory が全部リアル memory に割り当てられるわけではない + - いくつかは仮想メモリに行く + - memory にアクセスした時に仮装メモリだったらtrapしてmemoryを割り当てる + - memoryが割り当てられなければ、他の実メモリを追い出して書き換える + - VM関係の一連の処理がある + +- fork + - forkすると process structure ができる + - process自体は active や waitの状態を持っている + - 複数のactiveがあると順に実行していく(scheduler) + + +- kernel の要素 + - process manegement + - scheduler + - file IO + - Virtual Memory + +この4つの Kernel の要素を読んでいく + +## X.v6 の trace +arm 用の gdb で kernel.elf を開く + +dalmoreに入って + +``` +cd /mnt/dalmore-home/one/src/xv6-rpi/src +/net/open/Linux/arm/gcc-arm-none-eabi-7-2017-q4-major/bin/arm-none-eabi-gdb kernel.elf +``` + +qemuを立ち上げる +見たいのは Boot Sequence だから qemu-debug を使う + +``` +make clean; make -f makefile-armclang qemu-debug +``` + +### makefile-armclang の qemu-debug 部分 + +``` +qemu-debug : kernel.elf + @clear + @echo "Press Ctrl-A and then X to terminate QEMU session\n" + export QEMU_AUDIO_DRV=none ; $(QEMU) -M versatilepb -m 128 -cpu ${QEMUCPU} -nographic -singlestep -d exec,cpu,guest_errors -D qemu.log -kernel kernel.elf -s -S +``` +- -M versatilepb + - 仮想メモリにこの firmwere を使うという指示 + - versarilepb は Raspi(ARM) のfirmwereの一種 +- -m 128 + - memory の量 +- -cpu ${QEMUCPU} + - cpu の種類 + - アーキテクチャによって命令違う + - armのxv6を作る時のcompile時にcpuに教えるcpuの種類と合わせる必要がある + - 名前がqemu側とcompile側のcpuの名前が違うので試行錯誤して合わせる +- -s -S + - Boot時に debugger が接続するまで止めるようにする + +### gdb + +``` +(gdb)b _start + +# remote 接続 +(gdb)target remote :1234 + +# bt: stackを参照して、stack上のfanction callの履歴を調べる +(gdb)bt + +(gdb)info registarts (初期のレジスタ) +r0 ~ r12 (ARMのレジスタは0~12) +sp (stack pointer) +lr (link regester) +pc (program counter) +cpsr (cpu statusのレジスタ) + +(gdb)disass +# disassemblerの略 + +(gdb)x/20x $pc+48+4 +0x100030 +# entry.Sのr1,=edata_entryやend_entryが$pc+48に変わってる +# pcは次の命令を指している10030->10038だから48からさらに+4 + +(gdb)p (void*) edata_entry +$1 = (void *0) 0x10588 +# 10588がレジスタのr1に入る + +(gdb)stepi +(gdb)info registers +r1 0x10588 66952 + +(gdb)stepi +(gdb)info registers +r1 0x10588 66952 +r2 0x19000 102400 + +(gdb)define ni +>x/1i $pc +>x/1i $pc +>end +# こうするとentry.Sを1命令ずつ実行できる + + +(gdb)si +0x0001000c in _start () +=> 0x1000c <_start+12>: cmp r1,r2 + +(gdb)si +0x0001000c in _start () +=> 0x1014c <_start+16>: cmp r1,{r3} + +(gdb)disass +=> 0x00010014 <*20>: blt + 0x00010018 <*24>: msr +# blt でループしてることがわかる + +(gdb)tb *0x00010018 +(gdb)c +# bltのループを抜ける + +(gdb)disass +(gbd)info registers +r1 0x19000 102400 +r2 0x19000 102400 +# r2の値になるまでr1をincrementすることでループを抜けてる事がわかる +# 19000までmemoryがある + +# CPUのコントロール + + +(gdb)si +(gdb)info registers +cpsr 0x600001d3 + +# entry.Sの MSRの行を実行 +(gdb)si +(gdb)info registers +cpsr 0xd3 +# CPUのコントロールレジスタを指定している　 +# supervisorじゃないとアクセスできない + +# entry.Sの LDR の行を実行 +(gdb) si +(gdb) info registers +sp 0x12000 +# 0x0 -> 0x12000 +# stack ponterが設定されたのでサブルーチンコールが使えるようになる +# サブルーチンコール戻り先をstackに覚えておいてそこに飛ぶ +# lr(link register)に覚えさせる事で1回だけアクセスせずに飛ぶ事ができる +# BL breach & link + + +(gdb)si +(gdb)info registers +lr 0x10024 + +(gdb)disass _start + 0x00010024 <+36>: b + +# startまできたのでここ以降はstart.c +(gdb)l +# cなので　next が使える + +(gdb)next +(gdb)next +(gdb)s +set_bootpgtbl(... lent=1048576 ...) +(gdb)p (void*) len +$2 = (void *) 0x100000 +# 1048576 は16進数で100000 + +(gdb)disass + +``` + + +- memory に直接 load できる値は長い値だとmemory一旦置かないといけない + +- 一番最初に呼び出すのは C で書かれたファイルじゃなくてアセンブラ + - entry.S で行なっている + +### entry.S + +``` +_start: + LDR r1, =edata_entry + LDR r2, =end_entry + MOV r3, #0x00 + +# BLT までをループ +1: + CMP r1, r2 + STMLTIA r1!, {r3} # {}はレジスタのリスト r1にセーブする + # !はセーブした数だけr1を進める(++とかと一緒) + # Memclear とかと一緒 + + BLT 1b + + + # initialize stack pointers for svc modes + # CPUのコントロールレジスタを指定 + # cpsr 0xd3 + MSR CPSR_cxsf, #(SVC_MODE|NO_INT) + LDR sp, =svc_stktop + + BL start + B . +``` + +- B . まで行くとそこを永遠とループする + - ARM fault持ってるので Bではなくfaultにすべき + + +### start.c +l.166~ + +``` +void start (void) +{ + uint32 vectbl; + _puts("starting xv6 for ARM...\n"); + + // double map the low memory, required to enable paging + // we do not map all the physical memory + set_bootpgtbl(0, 0, INIT_KERNMAP, 0); + set_bootpgtbl(KERNBASE, 0, INIT_KERNMAP, 0); +``` + +l.69~ + +``` + for (idx = 0; idx < len; idx++) { + pde = (phy << PDE_SHIFT); + + if (!dev_mem) { + // normal memory, make it kernel-only, cachable, bufferable + pde |= (AP_KO << 10) | PE_CACHE | PE_BUF | KPDE_TYPE; + // |(or) を使って足して行く + } else { + // device memory, make it non-cachable and non-bufferable + pde |= (AP_KO << 10) | KPDE_TYPE; + } +``` +- ARMv6 page table entry +https://developer.arm.com/docs/ddi0211/h/memory-management-unit/hardware-page-table-translation/armv6-page-table-translation-subpage-ap-bits-disabled + diff -r 000000000000 -r fae2e3cb5821 xv6_BootSequence.graffle Binary file xv6_BootSequence.graffle has changed diff -r 000000000000 -r fae2e3cb5821 xv6_BootSequence.pdf Binary file xv6_BootSequence.pdf has changed diff -r 000000000000 -r fae2e3cb5821 xv6_BootSequence.svg --- /dev/null Thu Jan 01 00:00:00 1970 +0000 +++ b/xv6_BootSequence.svg Tue Apr 17 19:07:15 2018 +0900 @@ -0,0 +1,113 @@ + + +