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：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。物理页面不在内存中——需要进行换页机制。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errorcode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("get_pteindo_pgfaultfailed\n");gotofailed;}//页表不存在，页表项全为0if(*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("pgdir_alloc_pageindo_pgfaultfailed\n");gotofailed;}}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swap_fifo.c中的swap_out_vistim()函数实现。 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：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){structPage*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("swap_inindo_pgfaultfailed\n");gotofailed;}//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("noswap_init_okbutptepis%x,failed\n",*ptep);gotofailed;}}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。_fifo_swap_out_victim()函数是用来查询哪个页面需要被换出。staticint_fifo_swap_out_victim(structmm_struct*mm,structPage**ptr_page,intin_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);structPage*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;return0;}_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staticint_fifo_map_swappable(structmm_struct*mm,uintptr_taddr,structPage*page,intswap_in){list_entry_t*head=(list_entry_t*)mm->sm_priv;list_entry_t*entry=&(>pra_page_link);assert(entry!=NULL&&head!=NULL);list_add(head,entry);return0;}Challenge：实现识别dirtybit的extendedclock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dirtybit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dirtybit为0，则把此页换出到硬盘上；如果dirtybit为1，则将dirtybit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dirtybit所对应的位置：#definePTE_D0x040//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：staticint_extended_clock_swap_out_victim(structmm_struct*mm,structPage**ptr_page,intin_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){ structPage*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dirtybit if(!(*ptep&PTE_D)) { //如果dirtybit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; return0; } 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->pr