vm_get_frame() - sihyun10/pintos-lab-vm GitHub Wiki

vm_get_frame() 함수 구현하기

사용자 영역에서 사용 가능한 물리 메모리(frame)를 하나 할당해주는 함수이다.
그냥 페이지를 할당만 하는게 아니라, frame이라는 메타데이터 구조체에 wrapping해서 반환한다.
이후 페이지가 이 프레임을 참조하게 되며, 이 둘은 매핑 관계를 형성한다.

Gitbook 함수 구현 요구사항

static struct frame *vm_get_frame (void);

• 물리 페이지 할당
  • palloc_get_page(PAL_USER)를 사용하여 커널 가상 주소(kva)를 얻어야 한다
• frame 구조체 동적 생성
  • malloc() 등을 통해 struct frame을 할당하고 kva, page 필드 초기화
• page는 아직 연결되지 않았으므로 NULL로 초기화
• 할당에 실패할 경우를 대비해 지금은 swap out 처리를 하지 않아도 된다.
  • 그 대신, PANIC ("todo")와 같은 메시지를 출력하면서 종료하도록 표시

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구현 코드 - vm/vm.c

static struct frame *
vm_get_frame(void)
{
  void *kva = palloc_get_page(PAL_USER);
  if (kva == NULL)
  {
    PANIC("todo");
  }

  struct frame *frame = malloc(sizeof(struct frame));
  if (frame == NULL)
    PANIC("failed");

  frame->kva = kva;
  frame->page = NULL; // 아직 어떤 페이지와도 매핑되지 않았음

  ASSERT(frame != NULL);
  ASSERT(frame->page == NULL);
  return frame;
}

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코드 설명

| 물리 페이지 할당

void *kva = palloc_get_page(PAL_USER);

커널이 제공하는 palloc_get_page() 함수로 사용자 영역(PAL_USER)에서 물리 페이지 하나를 할당 받는다.
이 반환값은 커널 가상 주소(kva)이다.

| 페이지 할당 실패 시, PANIC 처리

if (kva == NULL)
{
  PANIC("todo");
}

만약 페이지 할당에 실패하면, 더 이상 사용할 수 있는 물리 메모리가 없다는 뜻이다.
따라서 PANIC("todo")로 중단한다.

| frame 구조체 동적 생성

struct frame *frame = malloc(sizeof(struct frame));

새로 할당한 물리 페이지를 관리하기 위해 frame 구조체를 힙에 동적 할당한다.
struct frame은 kva, page 등 메타 정보를 저장한다.

if (frame == NULL)
  PANIC("failed");

만약 malloc()이 실패하면 커널 메모리가 부족한 상태이므로, PANIC 처리해준다.

frame->kva = kva;
frame->page = NULL;

위에서 할당한 실제 물리 페이지 주소(kva)를 frame 구조체에 저장해준다.
아직 이 프레임에 연결된 page는 없으므로 NULL로 초기화한다.

return frame;

새로 생성한 frame을 반환해준다.

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왜 palloc_get_page()를 먼저 호출하고, 그 다음에 malloc()을 호출할까?

palloc_get_page()는 실제 물리 메모리 한 페이지를 요청한다.
이 경우 한정된 user pool에서 나오는 것이기에 실패할 수 있다.

malloc()은 커널 힙 영역에서 메모리 구조체 공간을 할당한다.
의미없이 할당될 수 있는 가능성이 있다.

struct frame *frame = malloc(sizeof(struct frame));
void *kva = palloc_get_page(PAL_USER);

malloc() 할당 성공 ➔ palloc_get_page()가 실패해서 NULL 반환하면
frame 포인터만 메모리에 남고 사용되지 않게 된다.

따라서 메모리가 낭비될 수 있기 때문에 palloc_get_page()부터 검사하고, malloc()을 진행한다.