ucore lab3_牛客博客

OS课程 ucore_lab3实验报告

练习零：填写已有实验

本实验依赖实验1/2。请把你做的实验1/2的代码填入本实验中代码中有“LAB1”,“LAB2”的注释相应部分。

下面三个, 复制过去就ok
pmm.c default_pmm.c trap.c

练习1：给未被映射的地址映射上物理页（需要编程）

完成do_pgfault（mm/vmm.c）函数，给未被映射的地址映射上物理页。设置访问权限的时候需要参考页面所在 VMA 的权限，同时需要注意映射物理页时需要操作内存控制结构所指定的页表，而不是内核的页表。注意：在LAB2 EXERCISE 1处填写代码。执行<font color="0#dddddd">make qemu</font>后，如果通过check_pgfault函数的测试后，会有“check_pgfault() succeeded!”的输出，表示练习1基本正确。

do_pgfault(){
    ptep = get_pte(mm->pgdir, addr, 1); // 根据引发缺页异常的地址 去找到 地址所对应的 PTE 如果找不到 则创建一页表
    if (*ptep == 0) { // PTE 所指向的 物理页表地址 若不存在 则分配一物理页并将逻辑地址和物理地址作映射 (就是让 PTE 指向 物理页帧)
        if (pgdir_alloc_page(mm->pgdir, addr, perm) == NULL) {
            goto failed;
        }
    } else { // 如果 PTE 存在 说明此时 P 位为 0 该页被换出到外存中 需要将其换入内存
        if(swap_init_ok) { // 是否可以换入页面
            struct Page *page = NULL;
            ret = swap_in(mm, addr, &page); // 根据 PTE 找到 换出那页所在的硬盘地址 并将其从外存中换入
            if (ret != 0) {
                cprintf("swap_in in do_pgfault failed\n");
                goto failed;
            }
            page_insert(mm->pgdir, page, addr, perm); // 建立虚拟地址和物理地址之间的对应关系(更新 PTE 因为 已经被换入到内存中了)
            swap_map_swappable(mm, addr, page, 0); // 使这一页可以置换
            page->pra_vaddr = addr; // 设置 这一页的虚拟地址
        }
}

请在实验报告中简要说明你的设计实现过程。请回答如下问题：

请描述页目录项（Pag Director Entry）和页表（Page Table Entry）中组成部分对ucore实现页替换算法的潜在用处。
如果ucore的缺页服务例程在执行过程中访问内存，出现了页访问异常，请问硬件要做哪些事情？

可参考lab2

练习2：补充完成基于FIFO的页面替换算法（需要编程）

完成vmm.c中的do_pgfault函数，并且在实现FIFO算法的swap_fifo.c中完成map_swappable和swap_out_vistim函数。通过对swap的测试。注意：在LAB2 EXERCISE 2处填写代码。执行<font color="0#dddddd">make qemu</font>后，如果通过check_swap函数的测试后，会有“check_swap() succeeded!”的输出，表示练习2基本正确。

请在实验报告中简要说明你的设计实现过程。

FIFO 置换算法 因此 每次换出的都应该是 最先进来的 页
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); // 就是将这一页加入到链表头中(最近访问过的放前面) 使其可以被置换算法使用到
    return 0;
}
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; // 换出最先进来的页 (因为每次访问一个页 都是插入到头节点的后面 因此 头节点的前面就是最先访问的页)
    struct Page* page = le2page(le, pra_page_link); // 和之前一样 通过 le 这个链表节点的地址 减去 pra_page_link 在 Page 结构体中的 Offset 得到 Page 的地址
    list_del(le); // 删掉这个节点
    *ptr_page = page; // 将这一页地址存到 ptr_page 中 给 调用本函数的函数使用
    return 0;
}

请在实验报告中回答如下问题：

如果要在ucore上实现"extended clock页替换算法"请给你的设计方案，现有的swap_manager框架是否足以支持在ucore中实现此算法？如果是，请给你的设计方案。如果不是，请给出你的新的扩展和基此扩展的设计方案。并需要回答如下问题

需要被换出的页的特征是什么？
在ucore中如何判断具有这样特征的页？
何时进行换入和换出操作？

支持
首选 页表项的 Dirty Bit 为 0 的页 且 Access Bit 为 0 的页 其次是 访问了但没修改的页 最次是 访问了修改了的页
!(*ptep & PTE_A) && !(*ptep & PTE_D)  没被访问过 也没被修改过
(*ptep & PTE_A) && !(*ptep & PTE_D) 被访问过 但没被修改过
!(*ptep & PTE_A) && (*ptep & PTE_D) 没被访问过 但被修改过
换入是在缺页异常的时候 换出是在物理页帧满的时候

参考：
[1]https://yuerer.com/%E6%93%8D%E4%BD%9C%E7%B3%BB%E7%BB%9F-uCore-Lab-3/