清华大学操作系统lab3实验报告

实验3：虚拟内存管理

练习1：给未被映射的地址映射上物理页

ptep=get_pet(mm->dir,addr,1);

if(ptep == NULL){ //页表项不存在

cprintf("get_pte in do_pgfault failed\n");

goto failed;

}

if (*ptep == 0) {

//物理页不在内存之中

//判断是否可以分配新页

if (pgdir_alloc_page(mm->pgdir, addr, perm) == NULL) {

cprintf("pgdir_alloc_page in do_pgfault failed\n");

goto failed;

}

}

else{

if(swap_init_ok) {

struct Page *page=NULL;

ret = swap_in(mm, addr, &page);

if(ret != 0){ //判断页面可否换入

cprintf("swap_in in do_pgfault failed\n");

goto failed;

}

//建立映射

page_insert(mm->pgdir, page, addr, perm);

swap_map_swappable(mm, addr, page, 1);

}

else {

cprintf("no swap_init_ok but ptep is %x, failed\n",*ptep);

goto failed;

}

}

ret = 0;

failed:

return ret;

}

练习2：补充完成基于FIFO算法

_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;

}

pra_page_link用来构造按页的第一次访问时间进行排序的一个链表，这个链表的开始表示第一次访问时间最近的页，链表的尾部表示第一次访问时间最远的页。

sm_priv指向用来连接记录页访问情况的链表头。

_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);

//获取最远端的页

list_entry_t *le = head->prev;

assert(head != le);

//取下该页 struct Page *p = le2page(le,pra_page_link); //释放该页 list_del(le); assert(p!=NULL); //将该页存入*ptr_page中 *ptr_page = p; return 0;

}

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

该算法中，淘汰一个页面时要考虑被淘汰的页面是否被访问过，同时该页面是否被修改过。淘汰修改过的页面还需要写回硬盘，使得其置换代价大于未修改过的页面，该算法不但希望淘汰的页面是最近未使用的页，而且还希望被淘汰的页是在主存驻留期间其页面内容未被修改过的。

因此通过访问页表项中的访问位和修改位即可完成识别。

在mmu.h中可以看到页表中各位代表的含义：

在编程中主要会用到的就是PTE_A和PTE_D两个位置。

首先将所有访问页连接成一个环，因此_fifo_map_swappable函数基本保持不变。

_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;

_fifo_swap_out_victim与之前的置换函数相比多了几重循环，需要对队列进行多次扫描，达到减少磁盘I/O操作次数。

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

{

int flag=0;//设置标志 list_entry_t *head=(list_entry_t*) mm->sm_priv; assert(head != NULL); assert(in_tick==0); list_entry_t *le = head->next; while(le != head) { struct Page *p = le2page(le,pra_page_link);

//获取对应页的页表项

pet_t *ptep = get_pte(mm->pgdir , p->pra_vaddr , 0);

if(!(*ptep & PTE_D) && !(*ptep & PTE_A))//最近未被使用也未被修改

{

flag = 1;

list_del(le);

assert(p!=NULL);

*ptr_page = p;

}

le = le->next;

}

If(!flag)

{

le = le->next;

while(le != head)

{

struct Page *p = le2page(le,pra_page_link);

pet_t *ptep = get_pte(mm->pgdir , p->pra_vaddr , 0);

if( (*ptep & PTE_D) && !(*ptep & PTE_A)) ////最近未被使用但被修改

{

flag = 1;

list_del(le);

assert(p!=NULL);

*ptr_page = p;

}

le = le->next;

}

If(!flag)

} { le = le->next; while(le != head) { struct Page *p = le2page(le,pra_page_link); pet_t *ptep = get_pte(mm->pgdir , p->pra_vaddr , 0); if( !(*ptep & PTE_D) && (*ptep & PTE_A)) //最近被使用但未被修改 { flag = 1; list_del(le); assert(p!=NULL); *ptr_page = p; } le = le->next; } If(!flag) { le = le->next; while(le != head) { struct Page *p = le2page(le,pra_page_link); pet_t *ptep = get_pte(mm->pgdir , p->pra_vaddr , 0); if( (*ptep & PTE_D) && (*ptep & PTE_A)) //最近被使用也被修改 { flag = 1; list_del(le); assert(p!=NULL); *ptr_page = p; } le = le->next; } return 0;

重新运行程序后，可以看到页面成功置换。