練習一：給未被對映的地址對映上物理頁  

1、描述：  

在lab2中我們實現並啟動了分頁機制，現在我們需要考慮什麼情況下會產生頁錯誤異常並觸發中斷。顯答案是在指令或資料的虛擬地址所對應的物理頁不在記憶體中，或者訪問許可權不夠的情況下。其具體原因有以下三點：  

①頁表項全為0——虛擬地址與實體地址未建立對映關係或已被撤銷。 

②物理頁面不在記憶體中——需要進行換頁機制。 

③訪問許可權不夠——輸出錯誤資訊，並退出。  

根據以上三點錯誤原因，完成頁錯誤處理函式do_pgfault()。  

2、思路：  

do_pgfault()函式從CR2暫存器中獲取頁錯誤異常的虛擬地址，根據error code

3、實現：

//頁表項非空，可以嘗試換入頁面     
else{           
    if(swap_init_ok) {              
        struct Page *page=NULL;              
        //根據mm結構和addr地址，嘗試將硬碟中的內容換入至page中             
        //此時的page還沒有加入到佇列中             
    if ((ret = swap_in(mm, addr, &page)) != 0) {                 
        cprintf("swap_in in do_pgfault failed\n");                 
         goto failed;             
    }              
//建立虛擬地址和實體地址之間的對應關係             
        page_insert(mm->pgdir, page, addr, perm);             
        //將此頁面設定為可交換的              
        swap_map_swappable(mm, addr, page, 1);        
    }        
    else {             
 	    cprintf("no swap_init_ok but ptep is %x, failed\n",*ptep);            
 	    goto failed; 
    }    
}   
 

練習二：補充完成基於FIFO()的頁面替換演算法。  

1、描述：    

在上面的練習中，頁錯誤異常發生時，有可能是因為頁面儲存在swap區或者磁碟檔案上造成的，練習二需要利用頁面替換演算法解決這個問題。 

2、思路：  

頁面替換主要分為兩個方面，頁面換出和頁面換入。頁面換入主要在vmm.c中的do_pgfault()函式實現；頁面換出主要在swap_fifo.c中的swap_out_vistim()函式實現。    在換入時，需要先檢查產生訪問異常的地址是否屬於某個vma表示的合法虛 擬地址，並且儲存在硬碟的swap檔案中（對應的PTE的高24位不為0）。如果滿足以上亮點，則執行swap_in() 

換出則相對簡單，當申請空閒頁面時，alloc_pages()函式不能獲得空閒頁，則直接呼叫swap_out()函式換出不常用的頁面。  

3、實現：  

（一）、頁面換入的實現 

//頁表項非空，可以嘗試換入頁面     
else{           
    if(swap_init_ok) {              
        struct Page *page=NULL;              
        //根據mm結構和addr地址，嘗試將硬碟中的內容換入至page中             
        //此時的page還沒有加入到佇列中             
        if ((ret = swap_in(mm, addr, &page)) != 0) {                 
        cprintf("swap_in in do_pgfault failed\n");                 
        goto failed;             
    }              
    //建立虛擬地址和實體地址之間的對應關係             
    page_insert(mm->pgdir, page, addr, perm);             
    //將此頁面設定為可交換的              
    swap_map_swappable(mm, addr, page, 1);        
    }        
    else {             
 	    cprintf("no swap_init_ok but ptep is %x, failed\n",*ptep);            
 	    goto failed; 
    }    
}   

（二）、頁面換出的關鍵程式碼  

FIFO替換演算法會維護一個佇列，佇列按照頁面呼叫的次序排列，越早被載入到記憶體的頁面會越早被換出。下面幾個關鍵函式在swap_out()中被呼叫。    

①_fifo_map_swappable()函式將最近被用到的頁面新增到演算法所維護的次序佇列  

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); 
    //將最近用到的頁面新增到次序隊尾
    list_add(head, entry);     
    return 0; 
} 

②_fifo_swap_out_victim()函式是用來查詢哪個頁面需要被換出。  

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);
    //用le指示需要被換出的頁         
    list_entry_t *le = head->prev;      
    assert(head!=le);  
    //le2page巨集可以根據連結串列元素獲得對應的Page指標p
    struct Page *p = le2page(le, pra_page_link);      
    //將進來最早的頁面從佇列中刪除      
    list_del(le);      
    assert(p !=NULL);       
    //將這一頁的地址儲存在ptr_page中      
    *ptr_page = p;      
    return 0; 
}

結果部分截圖：