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mtrace实现原理

所有的访存指令,都要输出其访问的地址.文档中给出在paddr_read和paddr_write中写代码,进行记录.

其实不然,我认为无需进行这样的多余操作:只需要在in_pmem函数中实现即可:
原因:首先所有的访问内存的指令都会调用paddr_read和paddr_write函数,这两个函数都会调用in_pmem函数进行安全边界检查,只需要在in_pmem函数中实现相应的功能就可以了.指令的读和写的信息没有必要输出,因为我们有itrace功能,出现了访问错误,输出访问的地址,加上对应的itrace输出的指令,我们就知道是读或者写了.而且大部分出错应该是写.所以没有必要为了多了一个读/写信息,要在两个函数中实现大部分是相同的代码,造成代码冗余/重复.

关于CONFIG_MTRACE的开启.

在Kconfig中,看到了ITRACE以及ITRACE_COND的选项,然后依赖关系关键字depends on

应该ITRACE_COND的后面添加相应的MTRACE.并且依赖TRACE宏,默认这个是关闭的.

关于如何/何时获取内存范围检查信息.

逻辑上应该在执行指令之前获取,看了monitor的代码,我认为最适合的就是在welcome函数中进行编写代码来获取.这里输出了关于trace宏的相关信息,我们应该在这里输出关于Mtrace的相关信息,信息类似,应该放在一起.

在welcome中寄信ifdef代码块.关键变量memory_left/right是要在paddr.h中使用的.
所以这两个变量进行全局的条件定义.

in_pmem函数是一个内联函数,其本身就是一个很简短的函数,内联是完全合理的.

但是按照上述理论,这个函数不能编程内联函数了.

其static属性,是完全可以的

特殊的:

不管是指令的行为中存在访存,如果击中了内存跟踪范围,那么会输出相应的信息.

那么ifetch函数对指令的抓取,也会触发这个跟踪.

考虑到如果要消除,指令读取的信息,inst_fetch函数调用vaddr_ifetch函数,这个函数值直接对vaddr_ifetch函数的封装

vaddr_ifetch是直接对paddr_read函数的封装.那么无解了,除非在vaddr_ifetch中进行相应的实现,并且所有的具体代码中是调用vaddr_read/write进行间接调用paddr_read/write,但是在之前的一些实现中,有些代码,是直接调用了paddr_read/write函数

ftrace实现原理

成本分析:
计算每一条指令地址的击中目标范围检查.每条指令的执行成本几乎翻了3倍.

而且根据后续分析,这里需要依赖itrace,在iringbuf中记录着当前执行的指令的地址,二进制串,反汇编结果.我们用不上mtrace,因为mtrace主要是判断和输出,只有两个memory_left/right全局变量用于判断用的.

所以CONFIG_FTRACE 依赖于CONFIG_ITRACE

call的原理
根据上述分析的,itrace依然会被触发(指令访存),那么每一条指令的地址,我们是动态记录了在iringbuf中.每一条执行后的指令,我们就提取对应地址,然后与FUNC字段的地址和地址+value进行比较,如果在里面,表示正在调用这个函数.

从哪里取地址?

如果在trace_and_diff函数中,跟在CONFIG_ITRACE的代码块之后进行条件编译CONFIG_FTRACE,然后从iringbuf中的前10个字节提取内存地址的字符串.

这个方案采取,不是完全依据理想化,规整化的角度来选择的.在从elf文件中获取的一系列关键信息其实就是数值.所以我们应该在exec_once函数中,直接将pc值提取出来,做一系列的处理.这样子做是否合理.合理,因为在exec_once中,也有CONFIG_ITRACE的条件编译,我们在ITRACE的处理后,再处理我们的FTRACE.这样不仅提升了trace的效率,减低了些许开销,也减小了代码量(不用将字符串转为数值).

在exec_once中,要做的工作,就是将pc与已经处理好的一系列FUNC地址进行比较,记录,然后输出.

比较用于确定是否到了某个函数的内部,记录用于排除掉重复的指令在函数内部,然后被输出call,输出就在符合条件的时候,并且是第一次到这个函数内部,就输出.

所以比较,比较记载的所有FUNC地址和其地址+size值

记录,用于记录这个函数是否被调用.

当一个pc值等于一个FUNC中的地址值时,此时一定是调用函数:包括递归调用.

这句话的另一层意思就是,如果一个跳转指令,跳到了FUNC的首地址,那么这个跳转指令一定是一个调用函数的语句的汇编?

答案是这样,可以说在RISCV32中是这样的,因为我观察了多个汇编代码,以及多个函数调用,循环跳转代码.

最甚至的是,编写了一个带有__attribute__((optimize(“O0”))),定义一个全局变量,在这个函数的第一句就是这样的:

1
2
3

here:	p = p + 1;
	if (p < 5)
		goto here;

即使是这样的代码,依然不会直接跳转到函数的首地址开始执行.

因为调用函数,是要切换上下文的,是要保存系列寄存器的状态的.而只有在调用函数,中断等上下文环境变换的时候,才有这些操作.

所以,只要是pc值等于FUNC中的Address值时,就是call.直接输出对应的name.

关于返回,就是回到调用函数的地方.

这里的意思就是,如果一个函数不是返回到调用地方,那么就不会有ret.这样的函数跳转到别的地方了,函数即使执行完毕,那么我们也不应该输出ret信息.

而是如果跳转了别的函数入口,继续输出call信息,

这样下来,每一个函数都会被call信息输出,但不是每一个函数都有一个ret信息输出.这样我们更能看清一个函数的行为.

综上:决策就是,在exec_once中进行范围判断,如果pc值等于首地址值,直接call,如果遇见ret指令,就直接ret信息.

ret信息的输出条件:
根据上述,如果离开了这个函数的范围,并且进入到了另一个函数的范围,并且不是另一个函数的首地址,那么就是ret信息.

再综上:
判断pc在某个FUNC范围内.
判断pc是否是首地址.
pc正在的某个FUNC内,此FUNC的记录为1.如果pc离开了FUNC,进入到了另一个FUNC,如果是首地址,输出cal信息,并且此新FUNC记录为1,原记录为0.如果不是首地址,那么输出ret信息,并且标记回来的FUNC记录为1,原记录为0.如果pc跳转到了该FUNC内,并且不是首地址-不管,如果是首地址,那么就是递归,那么call信息.并且不用修改记录值.

记录值是为了表示,pc在哪里,如果一直在为1的FUNC里面,说明没有发生什么(除上述),如果来到了为0的FUNC里面,说明了发生了什么(call或者ret),因为这里并不去识别指令是jal或者jalr,而是根据记录值和上述逻辑进行判断.

这些就是在exec_once函数中干的事.

对于FUNC信息的整理,需要在更早的时候进行,而且还需要关于makefile文件的编译进行改写,需要增加对elf库的链接.同时也要增加menuconfig中的ftrace选项.

现在Kconfig中实现对应的ftrace,然后在makefile中进行条件语句,如果CONFIG_FTRACE存在,那么就将LDFLAGS+=-lelf,并且将NEMUFLAGS += -f $(shell dirname $(IMAGE).elf)/$(NAME).elf

然后在parse_args中,添加f指令

现在的问题就是:在Kconfig中并且用make menuconfig选中FTRACE,在makefile中进行条件语句,是没有用的.menuconfig中的定义,在makefile中是用不了的

所有menuconfig中的用于c代码的编写,那么在nemu.md中再次进行手动添加!

首先c源代码中对与ftrace的相关代码依赖menuconfig中的CONFIG_FTRACE宏进行条件编译.

在编译过程中的一系列参数,-f,以及ld的参数是需要手动定义条件.

现在再来回看这个makefile,对于makefile的组织架构和功能分区进一步的理解.

首先nemu的编译,是依照GNU/Linux的编译环境进行编译的,因为nemu是模拟器,是架设在真实机器的,这是好理解的.所以我们在关于链接elf库的时候(-lelf),是需要在nemu中的makefile中进行的.对于一些ARGS,我们需要在am中的makefile添加,因为我们的-f参数以及elf文件都是在am中,而且也只要在am中的程序,才能用的上ftrace功能.

而am是架设在nemu上的,所以我们也建立了关于nemu的目标机器的运行时环境,有些基础东西需要我们自己实现.

这次是实现了自动的文件导入,通过在makefile中进行的.

上述的添加代码有些许偏差,

更改:将symtable相关变量改为malloc申请内存.

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