ucore操作系统Lab3虚拟内存管理试验报告(含challenge)

Lab3试验报告

练习1：给未被映射的地址映射上物理页

问题分析：

当启动分页机制以后，如果一条指令或数据的虚拟地址所对应的物理页不在内存中，或者访问权限不够，那么就会产生页错误异常。其具体原因有以下三点：

1. 页表项全为0——虚拟地址与物理地址未建立映射关系或已被撤销。 2. 物理页面不在内存中——需要进行换页机制。 3. 访问权限不够——应当报错。

根据以上三点错误原因，完成页错误处理函数do_pgfault()。

大体思路：

do_pgfault()函数从CR2寄存器中获取页错误异常的虚拟地址，根据error code来查找这个虚拟地址是否在某一个VMA的地址范围内，并且具有正确的权限。如果满足上述两个要求，则需要为分配一个物理页。 关键代码：

//尝试获得页表入口

if ((ptep = get_pte(mm->pgdir, addr, 1)) == NULL) { //如果找不到入口，是非法访问，退出 cprintf(\); goto failed; }

//页表不存在，页表项全为0 if (*ptep == 0) {

//尝试申请一个页，如果申请失败，就是内存不足了，退出 if (pgdir_alloc_page(mm->pgdir, addr, perm) == NULL) { cprintf(\); goto failed; }

}

练习2：补充完成基于FIFO()的页面替换算法。

问题分析：

根据练习1，当页错误异常发生时，有可能是因为页面保存在swap区或者磁盘文件上造成的，练习2需要利用页面替换算法解决这个问题。 大体思路：

页面替换主要分为两个方面，页面换出和页面换入。

页面换入主要在vmm.c中的do_pgfault()函数实现；页面换出主要在在换入时，需要先检查产生访问异常的地址是否属于某个vma表示的合法虚

swap_fifo.c中的swap_out_vistim()函数实现。

拟地址，并且保存在硬盘的swap文件中（对应的PTE的高24位不为0）。如果满足以上亮点，则执行swap_in() 函数换入页面。

换出则相对简单，当申请空闲页面时，alloc_pages()函数不能获得空闲页，

则需要调用swap_out()函数换出不常用的页面。

关键代码：

1. 页面换入的关键代码

//页表项非空，可以尝试换入页面 else {

if(swap_init_ok) {

struct Page *page=NULL;

//根据mm结构和addr地址，尝试将硬盘中的内容换入至page中 //此时的page还没有加入到队列中 if ((ret = swap_in(mm, addr, &page)) != 0) { cprintf(\); goto failed; }

//建立虚拟地址和物理地址之间的对应关系 page_insert(mm->pgdir, page, addr, perm); //将此页面设置为可交换的

swap_map_swappable(mm, addr, page, 1); } else {

cprintf(\,*ptep); goto failed;

} }

2. 页面换出的关键代码

FIFO替换算法会维护一个队列，队列按照页面调用的次序排列，越早被加载到内存的页面会越早被换出。下面几个关键函数在swap_out()中被调用。

a) _fifo_swap_out_victim()函数是用来查询哪个页面需要被换出。

static int

_fifo_swap_out_victim(struct mm_struct *mm, struct Page ** ptr_page, int in_tick) {

list_entry_t *head=(list_entry_t*) mm->sm_priv; assert(head != NULL); assert(in_tick==0);

list_entry_t *le = head->prev; assert(head!=le);

struct Page *p = le2page(le, pra_page_link); //将进来最早的页面从队列中删除 list_del(le); assert(p !=NULL);

//将这一页的地址存储在ptr_page中 *ptr_page = p; return 0; }

b) _fifo_map_swappable()函数将最近被用到的页面添加到算法所维

护的次序队列

static int

_fifo_map_swappable(struct mm_struct *mm, uintptr_t addr, struct Page *page, int swap_in) {

list_entry_t *head=(list_entry_t*) mm->sm_priv;

list_entry_t *entry=&(page->pra_page_link);

assert(entry != NULL && head != NULL); list_add(head, entry); return 0; }

Challenge：实现识别dirty bit的extended clock页替换算法

问题分析：

算法根据页面近期是否被修改从而决定该页面是否应当被换出。所以在查询空闲页时，需要加上对dirty bit的判断。 大体思路：

当操作系统需要淘汰页时，对当前指针指向的页所对应的页表项进行查询，

如果dirty bit为0，则把此页换出到硬盘上；如果dirty bit为1，则将dirty bit置为0，继续访问下一个页。

大致步骤：

根据mmu.h中定义的属性位，查找到dirty bit所对应的位置：

#define PTE_D 0x040 // Dirty

根据新的替换算法思想编写函数_extended_clock()。 最后需要更改默认替换算法。

关键代码：

static int

_extended_clock_swap_out_victim(struct mm_struct *mm, struct Page ** ptr_page, int in_tick) {

list_entry_t *head=(list_entry_t*) mm->sm_priv; assert(head != NULL); assert(in_tick==0);

//将head指针指向最先进入的页面 list_entry_t *le = head->prev; assert(head!=le);

//查找最先进入并且未被修改的页面 while(le!=head) {

struct Page *p = le2page(le, pra_page_link); //获取页表项

pte_t *ptep = get_pte(mm->pgdir, p->pra_vaddr, 0); //判断获得的页表项是否正确 if(*ptep<0x1000)

break;

//判断dirty bit if(!(*ptep & PTE_D)) {

//如果dirty bit为0，换出 //将页面从队列中删除 list_del(le); assert(p !=NULL);

//将这一页的地址存储在ptr_page中

*ptr_page = p; return 0; } else {

//如果为1，赋值为0，并跳过 *ptep &= 0xffffffbf;

}

}

le = le->prev;

//如果执行到这里证明找完了一圈，所有页面都不符合换出条件 //那么强行换出最先进入的页面 le = head->prev; assert(head!=le);

struct Page *p = le2page(le, pra_page_link); //将进来最早的页面从队列中删除 list_del(le); assert(p !=NULL);

//将这一页的地址存储在ptr_page中 *ptr_page = p; return 0; }

运行截图：

}

}

le = le->prev;

//如果执行到这里证明找完了一圈，所有页面都不符合换出条件 //那么强行换出最先进入的页面 le = head->prev; assert(head!=le);

struct Page *p = le2page(le, pra_page_link); //将进来最早的页面从队列中删除 list_del(le); assert(p !=NULL);

//将这一页的地址存储在ptr_page中 *ptr_page = p; return 0; }

运行截图：

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/k17p.html