Lab2实验报告

2023-07-17

操作系统

字数统计: 1.5k | 阅读时长≈ 5 分钟

Lab2实验报告

思考题

Q1

CPU只能发虚拟地址。因此MIPS汇编程序中的lw、sw指令发送的同样都是虚拟地址。

Q2

因为部分链表结构要经常性地重复使用，使用宏的话能够大大节省代码的编写长度，并且能够更加方便的进行调试。
通过查看文件中的：单向链表singly-linked list，循环链表 Circular queue functions部分，与双向链表相比较，有如下结论：

(1) 单向链表：在某一项后插入是，能够直接进行，因为有sle_next；而在元素前面插入的时候，则需要遍历链表来获取相应位置。在删除的时候，也要先遍历找到位置才能进行删除。比如代码中的 while(curelm->field.sle_next != (elm))curelm = curelm->field.sle_next;部分。

(2) 循环链表：删除插入操作与单向链表类似。但因为其首尾元素相连，因此可以直接进行尾插。你能够观察到循环链表与单向链表都有一个负责遍历的部分CIRCLEQ_FOREACH()。

(3) 双向链表：除去对尾部元素的处理，其它部分的插入删除都十分方便，因为他记录了前后两个节点的信息，这也就代表了可以在O(1)复杂度内完成。而对队尾元素的处理需要循环遍历找到，再进行操作。

Q3

C:
struct Page_list {
    struct {
        struct {
            struct Page *le_next;
            struct Page **le_prec;
        } pp_link;
        u_short pp_ref;
    }* lh_first;   
}

Q4

三级页表页目录基地址：
$$
PT_{base} + PT_{base}<<9+PT_{base}<<18
$$
映射到页目录自身的页目录项：
$$
PT_{base} + PT_{base}<<9+PT_{base}<<18+PT_{base}<<27
$$

Q5

指导书中提到：同一虚拟地址在不同的地址空间中通常映射到不同的物理地址。因此若没有ASID，则当不同进程提供的TLB不同时，会导致虚拟地址映射到错误的物理地址。
ASID段占6位，可以被设置为$2^6=64$个不同的值，因此R3000 中可最多容纳64个不同的地址空间。

Q6

tlb_invalidate()中调用tlb_out()

1
2
3

void tlb_invalidate(u_int asid, u_long va) {
        tlb_out(PTE_ADDR(va) | (asid << 6));
}

清空映射在TLB中的缓存。

位于kern/tlb_asm.S中

LEAF(tlb_out)
.set noreorder
        mfc0    t0, CP0_ENTRYHI		# 将CP0的ENTRYHI寄存器的值赋予t0
        mtc0    a0, CP0_ENTRYHI		# 将a0寄存器的值赋予CP0的ENTRYHI
        nop
        tlbp						# 根据EntryHi中的Key，查找 TLB 中与之对应的										表项，并将表项的索引存入Index寄存器（若未找									  到匹配项，则 Index 最高位被置 1）
        nop
        mfc0    t1, CP0_INDEX		# 将CP0的INDEX寄存器的值赋予t1
.set reorder
        bltz    t1, NO_SUCH_ENTRY	# 如果t1小于零，即没有在TLB中找到EntryHi对									  应的表项（最高位是1），则跳转到												  NO_SUCH_ENTRY标签处
.set noreorder
        mtc0    zero, CP0_ENTRYHI	# 将CP0的ENTRYHI寄存器的值置为0
        mtc0    zero, CP0_ENTRYLO0	# 将CP0的ENTRYLO0寄存器的值置为0
        nop
        tlbwi						# 以 Index 寄存器中的值为索引，将此时											  EntryHi与EntryLo的值写到索引指定
的 TLB 表项中
.set reorder

NO_SUCH_ENTRY:
        mtc0    t0, CP0_ENTRYHI		# 将CP0的ENTRYHI寄存器的值复原
        j       ra					# 函数跳回
END(tlb_out)

Q7

X86体系结构中的内存管理机制是通过分页和分段结合的方式实现的，且X86支持物理地址的扩展，从32位扩展到36位或更高位，以支持更大的物理内存容量。相比之下，MIPS中的内存管理主要依靠分页机制，不同于X86中的多级页表结构，MIPS采用的是单级页表结构。MIPS的页表包含固定数量的页表项，每个页表项存储虚拟地址和物理地址的映射关系。MIPS体系结构没有像X86那样的分段机制，只有全局和局部两种地址空间。此外，MIPS中的物理地址空间较小，通常为32位，限制了可寻址的物理内存容量。

难点分析

双向队列插入时候指针的编写顺序排列——为了保证在更改指针指向后，不会再用到原本指向的位置。

(1) 后插：

(2) 尾插：
page_alloc()中，进行memset时候要对虚拟地址进行初始化memset(page2kva(pp), 0, BY2PG);
page_walk()中，最终要转化成虚拟地址后才能进行偏移操作，最终赋值。

*ppte = (Pte *)KADDR(PTE_ADDR(*pgdir_entryp)) + PTX(va);
二级页表的整体关系以及地址计算。
- 31~22位是页目录中的表项号，可以根据该表项号从页目录(一级页表)中取出对应的页表项，该页表项中为二级页表首地址。
- 21~12位是二级页表中的表项号，从二级页表中取出对应的页表项，该页表项中储存的是虚拟地址所对应的物理页框的首地址。
- 12~0位是页内偏移，通过将上面得到的物理页框的首地址和页内偏移相加，最终就可以得到虚拟地址对应的物理地址。