이 프로젝트의 이 부분에서는 익명 페이지라고 불리는 디스크 기반이 아닌 이미지를 구현할 것입니다.
익명 매핑은 백업 파일이나 장치가 없습니다. 명명된 파일 소스가 없기 때문에(파일 지원 페이지와는 달리) 익명이라고 불립니다. 익명 페이지는 실행 파일에서 스택과 힙을 위해 사용됩니다.
익명 페이지를 설명하는 구조체가 있습니다 - include/vm/anon.h의 **anon_page**입니다. 현재는 비어있지만, 구현하면서 익명 페이지의 필요한 정보나 상태를 저장하기 위해 멤버를 추가할 수 있습니다. 또한 페이지의 일반적인 정보를 포함하는 include/vm/page.h의 struct page도 참조하세요. 익명 페이지의 경우 struct anon_page anon이 페이지 구조체에 포함됩니다.
지연 로딩은 메모리 로딩을 실제로 필요한 시점까지 지연시키는 설계입니다. 페이지가 할당되어 해당하는 페이지 구조체가 있지만, 전용 물리 프레임은 없고 페이지의 실제 내용은 아직 로드되지 않았습니다. 내용은 정말로 필요할 때만 로드되며, 이는 페이지 폴트로 신호가 보내집니다.
세 가지 페이지 타입이 있으므로 각 페이지에 대한 초기화 루틴이 다릅니다. 아래 섹션에서 다시 설명하겠지만, 여기서는 페이지 초기화 플로우에 대한 고급 보기를 제공합니다. 먼저, 커널이 새 페이지 요청을 받으면 vm_alloc_page_with_initializer가 호출됩니다. 초기화자는 페이지 구조체를 할당하고 페이지 타입에 따라 적절한 초기화 인자를 설정하여 새 페이지를 초기화하고, 사용자 프로그램에 제어를 반환합니다. 사용자 프로그램이 실행되면서, 어느 시점에서 프로그램이 소유한다고 믿는 페이지에 접근하려고 하지만 페이지에 아직 내용이 없기 때문에 페이지 폴트가 발생합니다. 폴트 처리 절차 중에 uninit_initialize가 호출되고 이전에 설정한 초기화자를 호출합니다. 초기화자는 익명 페이지의 경우 anon_initializer이고 파일 지원 페이지의 경우 file_backed_initializer입니다.
지연 로딩에서는 프로세스가 실행을 시작할 때 즉시 필요한 메모리 부분만 주 메모리에 로드됩니다. 이는 모든 바이너리 이미지를 한 번에 메모리에 로드하는 즉시 로딩에 비해 오버헤드를 줄일 수 있습니다.
지연 로딩을 지원하기 위해 include/vm/vm.h에 VM_UNINIT라는 페이지 타입을 도입합니다. 모든 페이지는 처음에 VM_UNINIT 페이지로 생성됩니다. 또한 초기화되지 않은 페이지를 위한 페이지 구조체인 include/vm/uninit.h의 struct uninit_page를 제공합니다. 초기화되지 않은 페이지를 생성, 초기화, 파괴하는 함수들은 include/vm/uninit.c에서 찾을 수 있습니다. 나중에 이러한 함수들을 완성해야 합니다.
페이지 폴트 시, 페이지 폴트 핸들러(userprog/exception.c의 page_fault)는 vm/vm.c의 vm_try_handle_fault로 제어를 전달하며, 이는 먼저 유효한 페이지 폴트인지 확인합니다. 유효하다는 것은 무효한 곳에 접근하는 폴트를 의미합니다. 가짜 폴트라면, 페이지에 일부 내용을 로드하고 사용자 프로그램에 제어를 반환합니다.
가짜 페이지 폴트는 세 가지 경우가 있습니다: 지연 로드된 페이지, 스왑 아웃된 페이지, 쓰기 보호된 페이지입니다. 지금은 첫 번째 경우인 지연 로드된 페이지만 고려하세요. 지연 로딩을 위한 페이지 폴트라면, 커널은 이전에 vm_alloc_page_with_initializer에서 설정한 초기화 인자 중 하나를 호출하여 세그먼트를 지연 로드합니다. userprog/process.c에서 lazy_load_segment를 구현해야 합니다.
전달된 vm_type에 따라 적절한 초기화 인자를 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 자동으로 타입에 따라 페이지를 초기화하고, 주어진 AUX로 INIT을 호출합니다. 페이지 구조체를 가지면, 프로세스의 보조 페이지 테이블에 페이지를 삽입합니다. vm.h에 정의된 VM_TYPE 매크로를 사용하는 것이 유용할 수 있습니다.
페이지 폴트 핸들러는 호출 체인을 따라가고, swap_in을 호출할 때 마침내 uninit_initialize에 도달합니다. 이에 대한 완전한 구현을 제공합니다. 그러나 설계에 따라 uninit_initialize를 수정해야 할 수도 있습니다.
static bool uninit_initialize (struct page *page, void *kva);
첫 번째 폴트에서 페이지를 초기화합니다. 템플릿 코드는 먼저 vm_initializer와 aux를 가져오고 함수 포인터를 통해 해당 page_initializer를 호출합니다. 설계에 따라 함수를 수정해야 할 수도 있습니다.
필요에 따라 vm/anon.c의 vm_anon_init과 anon_initializer를 수정할 수 있습니다.