XV6学习（16）Lab net: Network stack

时间：2024-01-28 14:04:48

最后一个实验了，代码在Github上。

这一个实验其实挺简单的，就是要实现网卡的e1000_transmit和e1000_recv函数。不过看以前的实验好像还要实现上层socket相关的代码，今年就只有网卡驱动了。

虽然实验文档里面给了一本400多页的网卡文档，但其实也不需要怎么读这本厚厚的文档，实验的hints里面就讲的挺清楚了。

实验

首先是e1000_transmit函数，按照hints一步步来就行了，唯一一个要查文档的就是cmd域，但其实这个域的宏定义里面就只给了E1000_TXD_CMD_R和E1000_TXD_CMD_EOP这两个，也就是说我们只要关注这两个就行了：

int
e1000_transmit(struct mbuf *m)
{
  acquire(&e1000_lock);

  uint32 idx = regs[E1000_TDT];
  struct tx_desc* desc = &tx_ring[idx];

  if((desc->status & E1000_TXD_STAT_DD) == 0){
    release(&e1000_lock);
    printf("buffer overflow\n");
    return -1;
  }

  if(tx_mbufs[idx])
    mbuffree(tx_mbufs[idx]);
  
  desc->addr = (uint64)m->head;
  desc->length = m->len;
  desc->cmd = E1000_TXD_CMD_RS | E1000_TXD_CMD_EOP;
  tx_mbufs[idx] = m;

  regs[E1000_TDT] = (idx + 1) % TX_RING_SIZE;
  __sync_synchronize();
  release(&e1000_lock);
  return 0;
}

然后是e1000_recv函数，这里注意一次中断应该把所有到达的数据都处理掉，剩下的按hints里面的来就行了：

static void
e1000_recv(void)
{
  int idx = (regs[E1000_RDT] + 1) % RX_RING_SIZE;
  struct rx_desc* desc = &rx_ring[idx];

  while(desc->status & E1000_RXD_STAT_DD){
    acquire(&e1000_lock);

    struct mbuf *buf = rx_mbufs[idx];
    mbufput(buf, desc->length);
    
    rx_mbufs[idx] = mbufalloc(0);
    if (!rx_mbufs[idx])
      panic("mbuf alloc failed");
    desc->addr = (uint64) rx_mbufs[idx]->head;
    desc->status = 0;

    regs[E1000_RDT] = idx;
    __sync_synchronize();
    release(&e1000_lock);

    net_rx(buf);
    
    idx = (regs[E1000_RDT] + 1) % RX_RING_SIZE;
    desc = &rx_ring[idx];
  }
}

总结

到这里整个XV6的实验就完成了，赶在了过年之前写完了。不得不说国外的实验设计的真的好，实验的代码量都不大，每个实验就是几个函数，实验的难度也设置的很合适。十一个实验做完，配套讲义看完之后就把XV6内核的绝大部分内容都看完了，对于操作系统的核心部分也都通过实验有了更加深入的了解。知道了线程和进程切换之间的区别以及上下文切换是如何进行的；从以前只直到页表这个概念到现在知道了整个分页机构是如何运行的，亲手实现了基于分页和缺页异常的COW fork，mmap，lazy allocation等技术；知道了系统调用是如何实现的以及操作系统是如何与硬件配合来对系统调用和中断陷阱进行处理。

总而言之，强烈推荐学完了操作系统系统通过这个课程的实验来加深和巩固理解，而不是只停留在课本的那些概念上，一点实际的内核代码都没有接触过。XV6内核的实现非常精简，但是所有核心功能都实现了，而且编译速度快，也不需要很多的配置，相比于Linux内核更加适合初学者来学习，在讲义中也介绍了很多相比于Linux的可以改进的地方。

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