内存管理实验

1、实验二 缺页次数统计n实验目的1.了解内存管理方法。2.记录进程缺页中断次数。Linux分段和分页在x86CPU中，分段机制是实现虚拟主存的基本单位。在保护模式下，通过硬件地址主存管理单元（Memory Management Unit ,MMU）将虚拟地址转换为物理地址 。分页机制在分段机制之后工作，以完成从线性地址到物理地址的转换。 Linux页面管理n在Linux中，主存的分配与管理以页框为单位，一个页框的大小为4KB。n内核需要对每个页框的状态进行管理，为每个页框分配一个struct page，该结构记录页框的使用状态。 n使用bitmap对页框进行管理。共11个 。第0组的每一个表示单

2、个页框的使用情况，为1表示该页框正在使用，为0表示空闲；第1组的每一位表示相邻的两个页框的使用情况，如果其中有一个位置1，表示对应的两个页框正在使用，以此类推；第i组中的每一位表示相邻的2i个页框被使用的情况。 Linux页面换出 nkswapd()利用两个控制变量free_pages_high和free_pages_low进行判断。如果空闲页框数小于free_pages_high，就要有页面被交换出去；如果空闲页框数小于free_pages_low，kswapd()不仅换出部分页面，还要把睡眠时间减为平时的一半，更频繁地换出页面；当空闲页框数大于free_pages_low时，睡眠时间又会恢

3、复原样。 Linux页表 n所以页目录项和页表一共只需要20位，占用物理地址的1231位，还有12位用作标志位，可以用于控制或其他目的 。n存在位：表明项对应的物理页是否加载到主存。n读/写位：表明该页是只读还是可写，起保护作用。n用户/系统位：选择用户级访问许可或内核级访问许可。n访问位：表明该页是否被访问过。n脏标志位：表明该页是否被写过。n直写位：置位表明页面cache采用“直写”（既写主存也写缓存），否则回写缓存。 Linux地址n页目录表项，置于高10位，存放页目录的索引；页表项，占据中间10位，存放页表的索引；偏移量，占据低12位，表示在4KB的页框中的偏移量。 n页目录用一个物理

4、页框存储，用来保存页表的基址。每个数据项占4B，因而页目录表有1024个数据项。 n页表也使用一个物理页框存储，用来保存物理页框号。每个数据项占4B因而页表也有1024个数据项。 Linux进程虚存区映射 n在Linux内核中，创建并初始化一个虚存区映像是由被称为主存映射的函数mmap()来完成的 。nMMU进行虚实地址转换时会产生缺页异常，然后系统通过异常调用执行do_page_fault()函数来完成可执行文件的剩余页面。 统计系统和单个进程的缺页次数 n先需要添加一个全局变量global_pf作为计数变量，将该变量申明在usr/src/kernels/linux 2.6.18/ incl

5、ude/linux/mm.h文件中：extern unsigned long volatile global_pf;n在arch/i386/mm/fault.c中定义该变量：unsigned long volatile global_pf=0;注：.h文件用“文本编辑器”打开方法：右键点击文件，选择“使用其它程序打开”，在“使用自定义命令”中键入gedit，点击“打开”。n在定义好之后，修改arch/i386/mm/fault.c中的do_page_fault()，global_pf在该函数的开始时自增：fastcall void _kprobes do_page_fault(struct p

6、t_regs*regs,unsigned long error_code) tsk = current;在tsk = current; 后添加global_pf+;n要记录进程的缺页次数，首先要在进程的进程控制块中添加一个成员pf。进程控制块task_struct定义在文件include/Linux/Sched.h中；Struct task_structunsigned long pf;n修改arch/i386/mm/fault.c中的do_page_fault()函数，当前进程的pf在该函数开始时自增：fastcall void_kprobes do_page_fault(struct pt

7、_regs*regs, unsigned long error_code) tsk = current; global_pf+;在上次添加的global_pf+;后添加current-pf+;nkernelfork.c文件中的dup_task_struct函数，修改该函数进程的pf设置成0：Static struct task_struct*dup_task_struct(struct task_struct*orig) *tsk=*orig; 在*tsk=*orig;后添加tsk-pf=0;n添加系统调用。在linux-2.6.18/kernel/sys.c文件的最后添加以下内容。asmli

8、nkage long sys_global_pf()return global_pf;asmlinkage long sys_pf()return current-pf;系统调用设计n在linux-2.6.18/include/asm-i386/unistd.h中 #define _NR_move_pages 317后定义调用号： #define _NR_global_pf 318 #define _NR_pf 319n在linux-2.6.18/arch/i386/kernel/ syscall_table.S的最后添加： .long sys_global_pf .long sys_pf重新编译内核。写测试代码#include #include int main()long gpf=syscall(318);long cpf=syscall(319);printf(%dn,gp