update lec3/p2

Author: chyyuu-tsinghua-cs

lec3/p2-osviewrv.md

@@ -294,7 +294,7 @@ backgroundColor: white
 ##### 通过CSR寄存器实现的隔离
 OS通过硬件隔离手段（三防）来保障计算机的安全可靠
 - 设置 CSR(控制状态寄存器) 实现隔离
-  - 权力：防止应用访问系统管控相关寄存器
+  - 控制：防止应用访问系统管控相关寄存器
     - **地址空间控制**寄存器：mstatus/sstatus CSR(中断及状态)
   - 时间：防止应用长期使用 100％的 CPU
     - **中断配置**寄存器：sstatus/stvec CSR（中断跳转地址）
@@ -794,13 +794,13 @@ scause 寄存器
 
 
 ---
-##### mtvec & stvec 寄存器
+##### stvec 寄存器
 中断/异常向量（trap-vector）基地址寄存器stvec CSR用于配置**trap_handler地址**
  - 包括向量基址（BASE）和向量模式（MODE）：BASE 域中的值按 4 字节对齐
     - MODE = 0 表示一个trap_handler处理所有的中断/异常
     - MODE = 1 表示每个中断/异常有一个对应的trap_handler
 
-mtvec & stvec 寄存器
+ stvec 寄存器
 ![w:1000](figs/rv-tvec.png)
 
 
@@ -921,6 +921,19 @@ ASID 减少了 TLB 刷新需求
 
 频繁的 TLB 刷新会导致显著的性能开销。这是因为新的内存访问将无法命中已缓存的 TLB 条目，导致更多时间花费在查找和加载新的映射上。
 -->
+---
+##### S-Mode虚存机制
+RISC-V 64 支持以下 **虚拟地址转换方案**：
+
+| **模式** | **虚拟地址位宽** | **页表级数** | **每级索引位数** | **物理地址位宽** |
+| --- | --- | --- | --- | --- |
+| **Sv39** | 39 位 | 3 级 | 9-9-9 | 56 位 |
+| **Sv48** | 48 位 | 4 级 | 9-9-9-9 | 56 位 |
+| **Sv57** | 57 位 | 5 级 | 9-9-9-9-9 | 56 位 |
+
+**注意**：不同的模式仅影响 **虚拟地址的解析**，物理地址仍然受处理器实现的物理地址宽度（通常为 **56 位**）
+
+
 ---
 ##### S-Mode虚存机制
 
@@ -932,20 +945,117 @@ ASID 减少了 TLB 刷新需求
 
 ---
 ##### S-Mode虚存的地址转换
-S、U-Mode中虚拟地址会以从根部遍历页表的方式转换为物理地址：
 
-- satp.PPN 给出了**一级页表基址**， VA [31:22] 给出了一级页号，CPU会读取位于地址(satp. PPN × 4096 + VA[31: 22] × 4)页表项。
-- PTE 包含**二级页表基址**，VA[21:12]给出了二级页号，CPU读取位于地址(PTE. PPN × 4096 + VA[21: 12] × 4)叶节点页表项。
-- **叶节点页表项的PPN字段**和页内偏移（原始虚址的最低 12 个有效位）组成了最终结果：物理地址(LeafPTE.PPN×4096+VA[11: 0])
+```
+  38       30  29       21  20       12  11       0
++------------+------------+------------+------------- +
+| VPN[2]     | VPN[1]     | VPN[0]     | Page Offset  |
++------------+------------+------------+------------- +
+  9 bits      9 bits      9 bits      12 bits
+```
 
+- VPN[2], VPN[1], VPN[0]（共 27 位）：L2/1/0三级页表索引。
+- Page Offset（12 位）：页内偏移（4 KiB 页大小）。
 
 ---
 ##### S-Mode虚存的地址转换
+(1) 读取 satp CSR
+- satp.PPN 给出了**L2页表基地址的 物理页号（Physical Page Number, PPN）。**
+- satp.MODE（4 bits）：8（Sv39）、9（Sv48）、10（Sv57）。
+```
+L2页表基地址 = PPN × 4 KiB
+```
+---
+##### S-Mode虚存的地址转换
+(2) 解析 VPN（Virtual Page Number）
+根据虚拟地址提取 VPN[2], VPN[1], VPN[0]，并进行 3 级页表查询。
+每个页表项（PTE，Page Table Entry）大小为 64-bit，其结构如下：
+```
+  63            10 9   8 7  6 5 4 3 2 1 0
+  +---------------+-----+---+------------ +
+  | PPN (44 bits) | RSW | D | A | X W R V |
+  +---------------+-----+---+------------ +
 
-![w:650](figs/satp2.png)
+```
+- PPN（物理页号）：映射到下一级页表或最终物理页。V（Valid）：有效位，1 表示 PTE 有效。R/W/X（读/写/执行）：页的权限。A/D（Access/Dirty）：访问和修改位。
+
+---
+##### S-Mode虚存的地址转换
+三级地址翻译步骤：
+1.  VPN[2] = VA [38:30], 给出了L2页表的索引号
+```
+ L2页表的页表项(L2-PTE)地址= (satp.PPN × 4 KiB) + (VPN[2] × 8)
+ L2-PTE.PPN = L1页表基址的物理页号
+
+  63            10 9   8 7  6 5 4 3 2 1 0
+  +---------------+-----+---+------------ +
+  | PPN (44 bits) | RSW | D | A | X W R V |
+  +---------------+-----+---+------------ +
+  
+```
+---
+##### S-Mode虚存的地址转换
+三级地址翻译步骤：
+2.  VPN[1] = VA [29:21], 给出了L1页表的索引号
+```
+ L1页表的页表项(L1-PTE)地址= (L2-PTE.PPN × 4 KiB) + (VPN[1] × 8)
+ L1-PTE.PPN = L0页表基址的物理页号
+
+  63            10 9   8 7  6 5 4 3 2 1 0
+  +---------------+-----+---+------------ +
+  | PPN (44 bits) | RSW | D | A | X W R V |
+  +---------------+-----+---+------------ +
+  
+```
+---
+##### S-Mode虚存的地址转换
+三级地址翻译步骤：
+3.  VPN[0] = VA [20:12], 给出了L0页表的索引号
+```
+ L0页表的页表项(L0-PTE)地址= (L1-PTE.PPN × 4 KiB) + (VPN[1] × 8)
+ L0-PTE.PPN = 最终物理地址的物理页号
+
+  63            10 9   8 7  6 5 4 3 2 1 0
+  +---------------+-----+---+------------ +
+  | PPN (44 bits) | RSW | D | A | X W R V |
+  +---------------+-----+---+------------ +
+  
+```
 
+---
+##### S-Mode虚存的地址转换
+4. 计算物理地址
+```
+虚地址对应的最终物理地址 = (L0 PTE.PPN × 4 KiB) + Page Offset
+```
+假设： satp.PPN = 0x12345，
+即L2页表基地址 = 0x12345 × 4 KiB = 0x12345000。
 
+虚拟地址： 0x1234_5678
+VPN[2] = 0x091（9 bits）
+VPN[1] = 0x234（9 bits）
+VPN[0] = 0x567（9 bits）
+Page Offset = 0x078
+
+---
+##### S-Mode虚存的地址转换
+4. 计算物理地址
+- 经过三级页表查询：
+  - L2 PTE 指向 L1 页表（PPN = 0x20000）。
+  - L1 PTE 指向 L0 页表（PPN = 0x30000）。
+  - L0 PTE 指向物理页（PPN = 0x40000）。
+
+最终 物理地址计算：
+```
+物理地址  = (0x40000 × 4 KiB) + 0x078
+         = 0x40000000 + 0x078
+         = 0x40000078
+```
 <!-- ---
+![w:650](figs/satp2.png)
+
+
+
 ## RISC-V 系统编程：S-Mode下的隔离
 - S-Mode比 U-Mode权限更高，但是比 M-Mode权限低
 - S-Mode下运行的软件不能使用 M-Mode的 CSR 和指令，并受到 PMP 的限制
@@ -961,4 +1071,5 @@ S、U-Mode中虚拟地址会以从根部遍历页表的方式转换为物理地
 - 了解 RISC-V 的 M-Mode 和 S-Mode 的基本特征
 - 了解OS在 M-Mode 和 S-Mode 下如何访问控制计算机系统
 - 了解不同软件如何在 M-Mode<–>S-Mode<–>U-Mode 之间进行切换
+- 了解虚实地址转换