vm_stack_growth

이번 핀토스 Virtual Memory 과제를 수행하면서 vm_stack_growth라는 함수를 구현해야 했는데요,
스택 영역에 데이터를 푸시할 때 할당된 메모리가 부족할 때, 추가로 페이지를 할당해 주는 함수입니다.

그런데 프로젝트 깃북에서는 1개 이상의 페이지를 할당해야 한다고 설명이 되어 있더군요.

전 처음엔

분명 어셈블리어 push 명령어는 8바이트 단위로 이루어졌었지. 한 페이지는 4096바이트인데 그것보단 훨씬 작은 크기잖아. 그러면 무조건 한 페이지만 할당하면 되는 거 아닌가?

라고 생각을 했었습니다.

스택 성장 방법

문제는 스택의 영역을 확장하는 방법이 두 가지였다는 점입니다.

첫째, 제가 생각했던 것처럼 push 명령어를 사용해, rsp(스택포인터)를 8바이트 낮춘 뒤 해당 위치에 데이터를 복사할 수 있습니다.

push rax          ; rsp를 8바이트 낮추고 rax에 저자된 데이터 복사

그런데 한 가지 방법이 더 있더군요.

둘째, sub로 rsp를 원하는 크기만큼 낮추고, mov로 데이터를 직접 복사하는 방법이 있습니다.

sub rsp, 65536              ; rsp를 65536B 낮춤
mov rdi, rsp                ; rdi에 저장된 값을 스택에 복사

이 경우 rsp를 복사할 데이터의 크기만큼 낮추게 되는데, 한 페이지의 크기인 4096바이트를 훌쩍 뛰어넘을 수 있습니다.

특히 이번 테스트 케이스인 pt-grow-stk에선 65536바이트 크기의 배열이 스택에 잘 푸시되는지 확인하게 되는데, 무려 $65536 / 4096 = 16$이니까 16페이지에 달하는 크기인 거죠.

올바른 스택 확장 방법

이런 경우 한 페이지만으로 데이터를 다 담을 수 없습니다. 즉 기존 스택 영역이랑 겹칠 때까지, 계속 주소를 증가시키면서 페이지 할당을 반복해야 합니다.

static void vm_stack_growth(void *addr) {

    void *c_addr;
    // 페이지폴트 발생 주소의 페이지 경계 맞춤 (pg_round_down)
    for (c_addr = pg_round_down(addr); ; c_addr += PGSIZE)
    // 페이지 할당 시도
        if (!vm_alloc_page_with_initializer(VM_ANON | VM_MARKER_0, c_addr, true, NULL, NULL)){
        	// 이미 스택 할당된 페이지 도달 시 종료
            break;
    };
}

일단 매개변수 addr로는 페이지 폴트가 발생한 주소가 전달됩니다.

vm_alloc_page_with_initializer가 실제로 페이지를 할당하는 함수인데, 여기에 가상주소 c_addr을 PGSIZE씩 증가시키며 반복 할당을 합니다.

그리고 이 함수는 가상주소가 이미 할당되어 있는 경우 false를 반환합니다. 그때까지 무한 반복을 해 주면 됩니다.

후기

핀토스는 "모르면 맞아야지" 식의 과제인 것 같습니다. 너무 어려워요.
ㄹㅇ 이번에도 스택 확장되는 방식이 저런 식인 줄 제가 어떻게 알았겠냐고요.
그래서인지 수많은 테스트 케이스 Fail을 마주하면서, ㄹㅇ 맞으면서 공부를 한 것 같습니다.
확실히 디버깅하면서 문제의 원인을 파악하니 운영체제가 작동하는 전체 과정의 큰 그림이 잘 그려지긴 하더군요.
하지만 한 번으로 충분하지 두 번은 못 할 것 같아요^^

• 출처: 남씨 작가님 인스타