nachosLab4实习报告剖析.doc

虚拟内存实习报告 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 23 内容四：收获及感想 24 内容五：对课程的意见和建议 24 内容六：参考文献 24 内容一：总体概述 实习的主要内容是了解和改进nachos存储管理相关实现，主要分为三个部分。第一部分的主要内容是实现TLB相关异常处理和置换算法，第二部分的主要内容是实现全局内存管理机制，使得nachos内存可以同时存在复数线程，第三部分的主要内容是实现程序运行时载入所需页面。扩展部分主要是增加线程挂起状态以及实现倒排页表。 内容二：任务完成情况 任务完成列表（Y/N） Exercise1 Exercise2 Exercise3 Exercise4 Exercise5 Exercise6 Exercise7 Y Y Y Y Y Y Y Challenge1 Challenge2 Y Y 具体Exercise的完成情况 TLB异常处理 目前，Nachos系统对于内存的管理是基于软件模拟的TLB机制。其工作原理、异常处理、替换算法等方面，与分页式内存管理非常相像。 Exercise1 源代码阅读 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 （1）用户程序执行过程 userprog/progtest.cc定义函数StartProcess主要功能是实现用户程序启动，如果我们希望执行test中的用户程序，那么我们进入userprog，执行./nachos -x ../test/（用户程序），通过识别-x参数，nachos调用StartProcess执行用户程序（具体实现在threads/main.cc） StartProcess的基本流程是，通过文件系统定义的OpenFile打开相关文件，通过AddrSpace的构造函数建立用户空间，装载文件，通过AddrSpace的InitRegisters函数初始化用户寄存器，通过AddrSpace的RestoreState函数装载页表，通过machine的Run函数运行用户程序 AddrSpace的构造函数实现在userprog/addrspace.cc，主要流程是，获取文件头，大小端做适宜转换，通过文件头计算文件所需空间，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面数量，创建用户空间页表，指示了第i个虚拟页对应第i个物理页，将用户程序的正文段和相关数据依次调入内存 AddrSpace的InitRegisters函数实现在userprog/addrspace.cc，主要流程是初始化普通寄存器（初始化为0），初始化当前指令指针（PC，初始化为0），初始化下一条指令指针（初始化为4），初始化栈指针（地址空间尾部适当前移） AddrSpace的RestoreState函数实现在userprog/addrspace.cc，主要流程是将页表装载到machine类中，准备执行用户程序 machine的Run函数实现在machine/mipssim.cc，基本流程是通过OneInstruction函数完成指令译码和执行，通过interrupt的OneTick函数使得时钟前进 machine的Run函数通过machine的ReadMem函数读内存数据，通过machine的WriteMem函数写内存数据，两个函数的实现在machine/translate.cc，核心是translate函数，translate函数实现在machine/translate.cc，主要功能是实现虚拟地址到物理地址的转换，translate函数可能返回相应的错误，在这样的情况下，ReadMem函数/WriteMem函数调用RaiseException函数进行处理，RaiseException函数定义在machine/machine.cc，基本流程是将错误信息存储在特定位置，调用ExceptionHandler函数处理不同的错误，ExceptionHandler函数实现在userprog/exception.cc，主要流程是根据错误信息处理不同错误。 目前支持的错误 NoException, // 正常 SyscallEx