Nachos虚拟内存机制实习报告..doc

虚拟内存机制实习报告 善良的大姐姐 2015.4.18 目录 一：总体概述 3 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 三：遇到的困难以及解决方法 15 四：收获及感想 15 五：对课程的意见和建议 15 六：参考文献 15 一：总体概述 通过认真仔细阅读Nachos系统虚拟内存部分的源代码，理解虚拟内存的管理和应用机制，用户程序的运行逻辑，并修改源代码，达到“实现虚拟存储系统”的目标。 二：任务完成情况 任务完成列表（Y/N） Exercise1 Exercise2 Exercise3 Exercise4 Exercise5 Exercise6 Exercise7 Challenge yes yes yes yes yes yes yes yes 具体Exercise的完成情况 Exercise 1: 源代码阅读 Part1: 阅读code/userprog/progtest.cc，着重理解nachos执行用户程序的过程，以及该过程中与内存管理相关的要点。 阅读情况： 用户程序执行过程： 步骤 相关解释 在main函数中，如果检测到传入的参数和“执行用户程序”相关，那么执行StartProcess函数（progtest.cc） 在StartProcess函数中装载并运行一个用户程序 StartProcess函数中： 用OpenFile类打开文件 OpenFile类在文件系统中定义，包括各种对文件的基本操作，如read,write。实质上是包装了操作系统的底层函数。 用AddrSpace类创建一个用户空间，并将打开的文件装载进去 创建用户空间包括： 获取文件头，并将大小端做适宜转换； 通过文件头计算出文件所需空间，包括代码段，初始化数据段，未初始化数据段，栈空间4个部分 通过文件所需空间计算出文件所需的虚拟页数量 创建用户空间的pagetable，指示了第i个虚拟页（将）对应第i个物理页 由于目前是最基本的【直接映射+单用户程序无切换】模式，因此此时要将所有的虚拟页中的内容写到物理页（主存）当中。 3. （AddrSpace::InitRegisters()）初始化用户空间中的各种寄存器，包括PC设为0，栈指针移到空间底部 为执行用户程序做准备！ （AddrSpace::RestoreState()）将用户的部分状态（如pagetable）装载到machine类中，准备执行 事实上，仅仅是将用户空间的Pagetable（在第二步创建的）装载到machine的指针中，相当于是用户程序在machine上运行时，是通过machine的pagetable映射找到对应内容运行的 调用machine-Run，运行用户程序 Machine-run是在mipssim.cc中定义的。 其工作原理为： 通过OneInstruction(instr)模拟mips，将一条指令进行分割，并软件模拟执行。 其中，在OneInstruction函数中，通过machine-ReadMem，读取主存中当前PC值指向的地址里的指令。 在ReadMem函数中，通过Translate函数对传入的虚地址做转换。 在Translate函数中，如果虚地址没有找到对应的实地址转换，就会抛出异常（返回异常值）。 返回的异常值在ReadMem中判断，并传入RaiseException函数中 RaiseException函数会调用ExceptionHandler函数对不同的异常做相应的处理。 （以上是异常处理机制。在这里就顺便说了。） 调用onetick让时间前进 重复1,2 Part2: 阅读code/machine目录下的machine.h(cc)，translate.h(cc)文件和code/userprog目录下的exception.h(cc)，理解当前Nachos系统所采用的TLB机制和地址转换机制。 TLB机制和地址转换机制： 相关内容 简单解释 TranslationEntry类（translate.h），包括： virtualPage, physicalPage, 以及一些标志位：valid,readonly等。 标识了用户空间的第i个虚拟页应该映射到主存的第j个物理页，并且这个物理页目前所处的状态。（valid? readOnly?等） TLB初始化（machine.cc 构造函数）： 生成指定数量的TranslationEntry构成的数组，并且设置均为Invalid. TLB本身就类似于Pagetable的子集，有若干的vpn,ppn的映射对。 TLB的使用（trans