이 프로젝트의 이 부분에서는 익명 페이지라고 하는 디스크 기반이 아닌 이미지를 구현할 것입니다.
익명 매핑은 백업 파일이나 장치가 없습니다. 이름이 지정된 파일 소스(파일 기반 페이지와 달리)가 없기 때문에 익명입니다. 익명 페이지는 스택과 힙과 같은 실행 파일에 사용됩니다. include/vm/anon.h에 익명 페이지를 설명하는 구조체 anon_page가 있습니다. 현재는 비어 있지만, 구현할 때 익명 페이지의 필요한 정보나 상태를 저장하기 위해 멤버를 추가할 수 있습니다. 또한 include/vm/page.h의 struct page를 보면, 페이지의 일반적인 정보가 포함되어 있습니다. 익명 페이지의 경우 struct anon_page anon이 페이지 구조체에 포함되어 있습니다.
지연 로딩은 메모리 로딩을 필요한 시점까지 미루는 설계 방식입니다. 페이지 구조체는 할당되어 페이지에 해당하지만, 전용 물리 프레임은 없고 페이지의 실제 내용은 아직 로드되지 않습니다. 내용은 실제로 필요한 시점에만 로드되며, 이는 페이지 폴트에 의해 신호됩니다.
페이지 타입이 세 가지이므로 초기화 루틴은 각 페이지마다 다릅니다. 아래 섹션에서 다시 설명하겠지만, 여기서는 페이지 초기화 흐름에 대한 개괄적인 설명을 제공합니다. 먼저, 커널이 새로운 페이지 요청을 받으면 vm_alloc_page_with_initializer가 호출됩니다. 초기화 함수는 페이지 구조체를 할당하고 페이지 타입에 따라 적절한 초기화 함수를 설정하여 새로운 페이지를 초기화한 후, 제어를 사용자 프로그램으로 돌려줍니다. 사용자 프로그램이 실행되면서 어느 시점에 프로그램이 가지고 있다고 믿는 페이지에 접근하려고 하지만 페이지에 내용이 없기 때문에 페이지 폴트가 발생합니다. 폴트 처리 절차에서 uninit_initialize 가 호출되고 이전에 설정한 초기화 함수를 호출합니다. 익명 페이지의 경우 anon_initializer가, 파일 지원 페이지의 경우 file_backed_initializer가 초기화 함수가 될 것입니다.
페이지는 초기화->(페이지 폴트->지연 로딩->스왑 인->스왑 아웃->...)->파괴의 생명 주기를 가질 수 있습니다. 생명 주기의 각 전환마다 필요한 절차는 페이지 타입(또는 VM_TYPE)에 따라 다르며, 이전 단락은 초기화에 대한 예시였습니다. 이 프로젝트에서는 각 페이지 타입에 대한 이러한 전환 프로세스를 구현할 것입니다.
지연 로딩에서는 프로세스가 실행을 시작할 때 즉시 필요한 메모리 부분만 주 메모리에 로드됩니다. 이는 모든 바이너리 이미지를 한 번에 메모리에 로드하는 즉시 로딩(eager loading)에 비해 오버헤드를 줄일 수 있습니다.
지연 로딩을 지원하기 위해 include/vm/vm.h에 VM_UNINIT이라는 페이지 타입을 도입합니다. 모든 페이지는 처음에 VM_UNINIT페이지로 생성됩니다. 또한 include/vm/uninit.h에 초기화되지 않은 페이지를 위한 페이지 구조체인 struct uninit_page를 제공합니다. 초기화되지 않은 페이지를 생성, 초기화 및 파괴하는 함수는 include/vm/uninit.c에서 찾을 수 있습니다. 나중에 이 함수들을 완성해야 할 것입니다.
페이지 폴트 발생 시, 페이지 폴트 핸들러( userprog/exception.c의 page_fault)는 제어를 vm/vm.c의
vm_try_handle_fault로 전달합니다. 이 함수는 먼저 유효한 페이지 폴트인지 확인합니다.
유효성은 폴트가 유효하지 않은 것에 액세스하는 것을 의미합니다.가짜 폴트인 경우, 페이지에 일부 내용을 로드하고 제어를 사용자 프로그램으로 반환합니다. 가짜 페이지 폴트에는 세 가지 경우가 있습니다: 지연 로딩된 페이지, 스왑 아웃된 페이지, 쓰기 보호된 페이지(Copy-on-Write 참조 (추가)). 현재는 첫 번째 경우인 지연 로딩된 페이지만 고려하세요. 지연 로딩을 위한 페이지 폴트인 경우, 커널은 이전에 vm_alloc_page_with_initializer에서 설정한 초기화 함수 중 하나를 호출하여 세그먼트를 지연 로딩합니다. userprog/process.c에서 lazy_load_segment를 구현해야 합니다.
vm_alloc_page_with_initializer()를 구현하세요. 전달된 vm_type에 따라 적절한 초기화 함수를 가져와서 uninit_new를 호출해야 합니다.
bool vm_alloc_page_with_initializer (enum vm_type type, void *va,
bool writable, vm_initializer *init, void *aux);
주어진 타입으로 초기화되지 않은 페이지를 생성합니다. uninit 페이지의 swap_in 핸들러는 타입에 따라 페이지를 자동으로 초기화하고, 주어진 AUX로 INIT을 호출합니다. 페이지 구조체를 얻으면 프로세스의 보조 페이지 테이블에 페이지를 삽입하세요.
vm.h에 정의된VM_TYPE매크로를 사용하면 편리할 수 있습니다. 페이지 폴트 핸들러는 호출 체인을 따라가며, swap_in을 호출할 때 최종적으로uninit_intialize에 도달합니다. 이에 대한 완전한 구현을 제공합니다. 하지만 설계에 따라uninit_initialize를 수정해야 할 수도 있습니다.
static bool uninit_initialize (struct page *page, void *kva);
첫 번째 폴트에서 페이지를 초기화합니다. 템플릿 코드는 먼저
vm_initializer와aux를 가져와서 함수 포인터를 통해 해당 page_initializer를 호출합니다. 설계에 따라 함수를 수정해야 할 수 있습니다.vm/anon.c에서 필요에 따라vm_anon_init과anon_initializer를 수정할 수 있습니다.
void vm_anon_init (void);
익명 페이지 하위 시스템을 초기화합니다. 이 함수에서는 익명 페이지와 관련된 모든 것을 설정할 수 있습니다.
bool anon_initializer (struct page *page, enum vm_type type, void *kva);
이 함수는 먼저
page->operations에서 익명 페이지에 대한 핸들러를 설정합니다. 현재 비어 있는 구조체인anon_page의 일부 정보를 업데이트해야 할 수 있습니다. 이 함수는 익명 페이지(즉,VM_ANON)의 초기화 함수로 사용됩니다.