proj 3 task 1 sync and structure

lecture_note/docs/pintos/proj3.md

@@ -2,7 +2,7 @@
 
 !!! warning "No plagiarism"
     If you are enrolled in CS130, you may not copy code from this repository.
-    Project 3 强调设计, 具体实现因人而异.
+    Project 3 强调设计, 具体实现因人而异. 如果你真的没有头绪, 可以先看看 design document 模板.
 
 !!! warning "急了急了急了"
     Project 3 基于 Project 2, 希望你的 Project 2 足够 robust 且有合适的非法地址检测.
@@ -219,6 +219,8 @@ Pintos 的内存结构决定了我们需要管理的部分为加载可执行文
 
 ## Task 1: Paging
 
+### 结构
+
 首先需要建立 page table 结构, 把每个 frame 需要从 user pool 取得 (`palloc_get_page (PAL_USER)`, 需要清空则改为 `palloc_get_page (PAL_USER | PAL_ZERO)` ) 的过程套壳, 方便记录信息. 在分配一个 page 之后, 需要调用 `install_page` 将 page 添加到当前进程的 page directory 中.
 
 ```c
@@ -283,6 +285,39 @@ struct sup_page_table_entry {
 
 按照 page 大小决定每个 page 需要多少 sector, 建立一个总 sector 数除以每个 page 需要的 sector 数的 bitmap, 每个 bit 代表这个 swap slot 是否被占用.
 
+### 同步问题
+
+1. 当多个进程申请 frame 时的 race condition
+    - `palloc_get_page` 内置了锁, 保证分配是原子的
+    - 一个 frame 从 `palloc_get_page` 获取到, 另一个需要 evict frame, 两个进程的 critical section 是修改 frame table 部分, 需要加锁
+    - 两个进程同时 evict frame, 需要保证不 evict 同一个 frame
+2. 一个进程 page fault 时, 另一个进程正在 evict frame
+    - fault 申请到的新 frame 不能被 evict, 把 frame pin 住
+3. 正在被 evict 的 frame 被原来的 frame 持有者访问
+    - 保证在换出等等操作之前进入如下状态: 原来持有者通过 page table 访问此 frame 时引起 page fault
+    - 需要使用 `pagedir_clear_page` 清除 page table 中的映射关系
+4. 正在从 disk 读取 page 时, 此 page 的 frame 不应该被其他进程 evict
+    - 读取完成之前不加入 frame table.
+5. 在 syscall 时发生的 page fault
+    - 参见 Task 4
+6. 多个 page fault 的处理可以并发进行
+    - 保证对同一个 frame 的操作是串行的
+    - 需要 I/O 的靠 I/O 的锁互斥
+    - 需要 swap 的靠 swap block 的锁互斥
+
+### page fault 情况与对策
+
+| 情况编号 | `not_present` | `write` | `user` | 情况 | 对策 |
+| ------- | ------------- | ------- | ------ | --- | --- |
+|   (1)   | `false` | `false` | `false` | 内核非法访问 | `kill()` |
+|   (2)   | `false` | `false` | `true`  | 用户非法访问 | `kill()` (导致 `exit(-1)` ) |
+|   (3)   | `false` | `true`  | `false` | 同理 1 (例如写不可写的内存) | 同 |
+|   (4)   | `false` | `true`  | `true`  | 同理 2 | 同 |
+|   (5)   | `true`  | `false` | `false` | 在 syscall 中遇到 page fault | 尝试载入 & pin, 在 syscall 结束之前 unpin |
+|   (6)   | `true`  | `false` | `true`  | 被换出/没有加载/栈增长 | 尝试载入 |
+|   (7)   | `true`  | `true`  | `false` | 同 5 | 同 |
+|   (8)   | `true`  | `true`  | `true`  | 同 6 | 同 |
+
 ## Task 2: Stack growth
 
 在最开始分配一个 page 作为栈, 后续考虑栈增长的情况. 按照 80x86 PUSHA 最多在 esp 低 32 字节的位置引发 page fault, 考虑将 32 字节作为分界, 低于 32 字节时分配新的 page, 否则视为非法访问.
@@ -299,4 +334,4 @@ mummap 会将文件从内存中移除, 将 dirty 的 page 写回文件.
 
 ## Task 4: Accessing user memory
 
-需要保证在进入内核时, 用户内存是合法的, 且需要避免一些持有资源情况下遇到 page fault, 对 supplmentary page table 加入
+需要保证在进入内核时, 用户内存是合法的, 且需要避免一些持有资源情况下遇到 page fault 的情况.