虚拟内存管理实习报告

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1、虚拟内存管理实习报告姓名李炜学号1100012810日期4月10日10目录内容一：总体概述3内容二：任务完成情况3任务完成列表（Y/N）3具体Exercise的完成情况3内容三：遇到的困难以及解决方法4内容四：收获及感想5内容五：对课程的意见和建议5内容六：参考文献510内容一：总体概述这次实习主要是加入对tlb和虚拟内存的进一步支持，并且实验一下在原理课上学到过的各种替换策略，tlb是为了加速从虚拟地址到物理地址的翻译过程，而虚拟内存更是肩负着提供比实际物理内存更大的虚拟内存的重任，有了虚拟内存，才可以运行比实际内存更大的程序。内容二：任务完成情况任务完成列表（

2、Y/N）Exercise1Exercise2Exercise3TLB异常处理YYY分页式内存管理YYYLazy-loadingY倒排页表Y具体Exercise的完成情况TLB异常处理部分：Exercise1:Progtest.cc这个文件中和本次实习相关的主要是StartProcess这个函数，在这个函数中，首先打开一个文件，判断这个文件是否是可执行文件，如果是的话，为这个文件开辟一块地址空间来运行一个新线程，之后初始化和这个线程相关的寄存器，初始化完成之后运行这个程序。其中在开辟新的地址空间的时候，为这个地址空间中的pagetable的每一项进行了初始化。所以在

3、后面对translationEntry增加内容的时候，最好还是在这个初始化过程中加入相应的初始化操作。在构造可执行文件的空间时，首先读入这个文件的开始部分，即noffH，这个部分包含了文件的magicnumber（表示是否是可执行文件），文件中代码，数据，栈等各部分的位置、大小等。之后根据这个大小，按照页大小分配内存页数量，初始化pagetable，将可执行文件的代码段和数据段按照虚存与内存一一对应的方式读入内存中。Machine.cc(h)10在这个文件中，主要是针对虚拟机整体的操作，其中在构造函数中，首先初始化了寄存器和内存，这个部分和本次实习没有关系，下面初

4、始化了tlb中的项。开始的时候，我认为对于每个地址空间都应该有自己的tlb，每次切换线（进）程的时候都要同时切换tlb内容，这个方案在nachos这样的虚拟机上实际上时可以实现的，而且tlb的miss可能会比只有一个tlb要少很多，但是这种情况不符合计算机系统的实际情况，因为对于实际的计算机体系结构来说，tlb是一个硬件不见，每个cpu的核心应该具备一个tlb，因为多超标量等优化机制的存在，线程切换十分频繁，如果每次都要同时按照线程切换tlb，那样代价太大了，tlb本身是用来利用局部性来减少对pagetable的访问的，如果频繁改变tlb内容开销上太大，得不偿失。

5、在这个文件中，与本次实习相关的还有raiseexception这个函数，这个函数其实就是针对不同的异常调用相应的处理函数的地方，在处理异常之前要先使得系统进入系统模式运行（之前在用户模式下）。Translate.cc(h)这个文件在这次实习中具有十分重要的作用，readMem和writeMem分别是从内存中读和写的函数，它们都需要首先进行虚拟地址到物理地址的转换，如果转换成功则继续读写操作，否则会对因为转换产生的异常进行处理。在translate函数中，首先检查想要读取的内存地址是不是对齐的，之后根据虚拟地址算出相应的虚拟页号和页内偏移（需要转换的其实只是虚拟页号

6、到物理页号，页内偏移在虚拟页中和在物理页中都是相同的）。因为nachos本身只支持tlb或者pagetable中的一个，所以如果是pagetable模式的话，那么就在pagetable中直接取出vpn对应的项，并且取出物理页号，当然其间也要进行有效性检查，如果所需要的物理页是无效的，就会引发pagefault异常。如果使用的是tlb模式，则在tlb中遍历查找想要读取的vpn，如果找不到，同样会引发pagefault异常。之后的操作就是读出这个物理页的具体地址以及一些其它的检查操作。Exception.cc对于这个文件来说，只有一个Exceptionhandler函

7、数，用来判断异常的类型和相应的处理方式并且处理异常，对于本次实习来说，其实就是加一个elseif判断pagefaultexception异常并处理这个tlbmiss。Exercise2:从ExceptionHandler中可以看到对于系统调用的处理方法，就是输出调试信息，并且停止用户进程，对于TLBmiss来说，开始的时候我仍然使用了PageFaultException，因为在translate文件中如果出现tlbmiss会返回PageFaultException，也就是说在handler中首先判断产生的是PageFaultException，判断完之后，我感到很

8、茫然，因为