內(nèi)存管理實驗

1、實驗二 缺頁次數(shù)統(tǒng)計n實驗目的1.了解內(nèi)存管理方法。2.記錄進程缺頁中斷次數(shù)。Linux分段和分頁在x86CPU中，分段機制是實現(xiàn)虛擬主存的基本單位。在保護模式下，通過硬件地址主存管理單元（Memory Management Unit ,MMU）將虛擬地址轉(zhuǎn)換為物理地址 。分頁機制在分段機制之后工作，以完成從線性地址到物理地址的轉(zhuǎn)換。 Linux頁面管理n在Linux中，主存的分配與管理以頁框為單位，一個頁框的大小為4KB。n內(nèi)核需要對每個頁框的狀態(tài)進行管理，為每個頁框分配一個struct page，該結(jié)構(gòu)記錄頁框的使用狀態(tài)。 n使用bitmap對頁框進行管理。共11個 。第0組的每一個表示單

2、個頁框的使用情況，為1表示該頁框正在使用，為0表示空閑；第1組的每一位表示相鄰的兩個頁框的使用情況，如果其中有一個位置1，表示對應的兩個頁框正在使用，以此類推；第i組中的每一位表示相鄰的2i個頁框被使用的情況。 Linux頁面換出 nkswapd()利用兩個控制變量free_pages_high和free_pages_low進行判斷。如果空閑頁框數(shù)小于free_pages_high，就要有頁面被交換出去；如果空閑頁框數(shù)小于free_pages_low，kswapd()不僅換出部分頁面，還要把睡眠時間減為平時的一半，更頻繁地換出頁面；當空閑頁框數(shù)大于free_pages_low時，睡眠時間又會恢

3、復原樣。 Linux頁表 n所以頁目錄項和頁表一共只需要20位，占用物理地址的1231位，還有12位用作標志位，可以用于控制或其他目的 。n存在位：表明項對應的物理頁是否加載到主存。n讀/寫位：表明該頁是只讀還是可寫，起保護作用。n用戶/系統(tǒng)位：選擇用戶級訪問許可或內(nèi)核級訪問許可。n訪問位：表明該頁是否被訪問過。n臟標志位：表明該頁是否被寫過。n直寫位：置位表明頁面cache采用“直寫”（既寫主存也寫緩存），否則回寫緩存。 Linux地址n頁目錄表項，置于高10位，存放頁目錄的索引；頁表項，占據(jù)中間10位，存放頁表的索引；偏移量，占據(jù)低12位，表示在4KB的頁框中的偏移量。 n頁目錄用一個物理

4、頁框存儲，用來保存頁表的基址。每個數(shù)據(jù)項占4B，因而頁目錄表有1024個數(shù)據(jù)項。 n頁表也使用一個物理頁框存儲，用來保存物理頁框號。每個數(shù)據(jù)項占4B因而頁表也有1024個數(shù)據(jù)項。 Linux進程虛存區(qū)映射 n在Linux內(nèi)核中，創(chuàng)建并初始化一個虛存區(qū)映像是由被稱為主存映射的函數(shù)mmap()來完成的 。nMMU進行虛實地址轉(zhuǎn)換時會產(chǎn)生缺頁異常，然后系統(tǒng)通過異常調(diào)用執(zhí)行do_page_fault()函數(shù)來完成可執(zhí)行文件的剩余頁面。 統(tǒng)計系統(tǒng)和單個進程的缺頁次數(shù) n先需要添加一個全局變量global_pf作為計數(shù)變量，將該變量申明在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中定義該變量：unsigned long volatile global_pf=0;注：.h文件用“文本編輯器”打開方法：右鍵點擊文件，選擇“使用其它程序打開”，在“使用自定義命令”中鍵入gedit，點擊“打開”。n在定義好之后，修改arch/i386/mm/fault.c中的do_page_fault()，global_pf在該函數(shù)的開始時自增：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要記錄進程的缺頁次數(shù)，首先要在進程的進程控制塊中添加一個成員pf。進程控制塊task_struct定義在文件include/Linux/Sched.h中；Struct task_structunsigned long pf;n修改arch/i386/mm/fault.c中的do_page_fault()函數(shù)，當前進程的pf在該函數(shù)開始時自增：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函數(shù)，修改該函數(shù)進程的pf設(shè)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添加系統(tǒng)調(diào)用。在linux-2.6.18/kernel/sys.c文件的最后添加以下內(nèi)容。asmli

8、nkage long sys_global_pf()return global_pf;asmlinkage long sys_pf()return current-pf;系統(tǒng)調(diào)用設(shè)計n在linux-2.6.18/include/asm-i386/unistd.h中 #define _NR_move_pages 317后定義調(diào)用號： #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重新編譯內(nèi)核。寫測試代碼#include #include int main()long gpf=syscall(318);long cpf=syscall(319);printf(%dn,gp