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4-7 课堂练习4.4：页式虚存

缺页异常在 Linux 内核处理中占有非常重要的位置，很多 Linux 特性，如写时复制，页框延迟分配，内存回收中的磁盘和内存交换，都需要借助缺页异常来进行。 本实训分析 Linux 0.11 的缺页处理机制。

 

第1关版本 0 内核的第一次缺页页故障

任务描述

本关任务：分析版本 0 内核的第一次缺页页故障，回答下列问题： 1.该页故障由几号进程引发？ 2.在该故障发生前，该进程执行的最后一个可执行文件是什么？该可执行文件的第 2 块（每块 1KB ）的头 16 字节的内容是什么？ 3.引发该页故障的线性地址是什么？该进程的代码段起始地址是多少？ 4.该页故障处理前，该线性地址对应的页目录项的地址和值分别是什么？ 5.该页故障处理时，申请到的空闲页帧的起始地址是什么？该页帧的头 16 字节的内容是什么？ 6.该页故障处理过程中、读入硬盘数据后，上述页帧的头 16 字节的内容是什么？ 7.该页故障处理过程中、修改对应的页表项后，上述线性地址对应的页表项的值是什么？

相关知识

为了完成本关任务，你需要掌握： 1.如何跟踪到缺页页故障的发生； 2.如何跟踪可执行文件的执行； 3.如何显示 bochs 虚拟机硬盘中某个可执行文件的内容； 4.在 gdb 中如何知道引发缺页页故障的线性地址是多少； 5.函数 do_no_page 的处理过程是怎样的； 6.在 gdb 中如何查看当前进程的（用户）代码段的起始地址； 7.如何分析线性地址空间到物理地址空间的映射关系； 8.如何计算一个线性地址对应的物理地址； 9.如何计算一个线性地址的高 10 位和中间 10 位的值； 10.页目录项和页表项的格式是什么； 11.如何查看某个页目录项的值； 12.在 gdb 调试时，如何知道某页帧的头 16 字节的内容。

实验准备

本关卡使用版本 0 内核进行分析，内核文件为 ~/os/linux-0.11-lab/0 。

编程要求

分析版本 0 内核的第一次缺页页故障，回答下列问题：将第一关答案填写在/data/workspace/myshixun/第一关.txt。 1.该页故障由几号进程引发？ 2.在该故障发生前，该进程执行的最后一个可执行文件是什么？该可执行文件的第 2 块（每块 1KB ）的头 16 字节的内容是什么？ 3.引发该页故障的线性地址是什么？该进程的代码段起始地址是多少？ 4.该页故障处理前，该线性地址对应的页目录项的地址和值分别是什么？ 5.该页故障处理时，申请到的空闲页帧的起始地址是什么？该页帧的头 16 字节的内容是什么？ 6.该页故障处理过程中、读入硬盘数据后，上述页帧的头 16 字节的内容是什么？ 7.该页故障处理过程中、修改对应的页表项后，上述线性地址对应的页表项的值是什么？

实验过程及答案

实验过程

默认为0内核所以本次不需额外配置

cd os/linux-0.11-lab
./rungdb

另开一个终端

cd os/linux-0.11-lab
./mygdb

[/usr/root]hexdump /bin/sh | less

输入q退出

再次进入gdb调试

 

答案

 

 

第2关第一次使用零页的缺页页故障

任务描述

本关任务回答问题：在版本 0 内核中处理第一次使用零页的缺页页故障时： 1.该页故障由几号进程引发？ 2.在该故障发生前，该进程执行的最后一个可执行文件是什么？该可执行文件的未初始化数据段（ BSS ）的起始虚拟地址（ VMA ）是什么？ 3.引发该页故障的线性地址是什么？ 4.该页故障处理前，该线性地址对应的页表项的地址和值分别是什么？ 5.该页故障处理后，上述线性地址对应的页表项的值是什么？该线性地址被映射到的零页（新页帧）的起始地址是什么？ 6.该新页帧的头 16 个字节是什么？

相关知识

为了完成本关任务，你需要掌握： 1.如何跟踪到缺页页故障的发生； 2.如何跟踪可执行文件的执行； 3.如何分析一个可执行文件的结构和指令； 4.如何将文件放入 bochs 虚拟机； 5.在 bochs 虚拟机中如何编辑文件； 6.如何将一个文件从 bochs 虚拟机拷入 Ubuntu 容器； 7.在 gdb 中如何知道引发缺页页故障的线性地址是多少； 8.函数 do_no_page 的处理过程是怎样的； 9.在 gdb 中如何查看当前进程的（用户）代码段的起始地址； 10.如何分析线性地址空间到物理地址空间的映射关系； 11.如何计算一个线性地址对应的物理地址； 12.如何计算一个线性地址的高 10 位和中间 10 位的值； 13.页目录项和页表项的格式是什么； 14.如何查看某个页目录项的值； 15.在 gdb 调试时，如何知道某页帧的头 16 字节的内容。

实验准备

本关卡使用版本 0 内核进行分析。

编程要求

本关任务回答问题：在版本 0 内核中处理第一次使用零页的缺页页故障时： 1.该页故障由几号进程引发？ 2.在该故障发生前，该进程执行的最后一个可执行文件是什么？该可执行文件的未初始化数据段（ BSS ）的起始虚拟地址（ VMA ）是什么？ 3.引发该页故障的线性地址是什么？ 4.该页故障处理前，该线性地址对应的页表项的地址和值分别是什么？ 5.该页故障处理后，上述线性地址对应的页表项的值是什么？该线性地址被映射到的零页（新页帧）的起始地址是什么？ 6.该新页帧的头 16 个字节是什么？

实验过程及答案

实验过程

默认为0内核所以本次不需额外配置

cd os/linux-0.11-lab
./rungdb

另开一个终端

cd os/linux-0.11-lab
./mygdb

 

 

进入虚拟机

点yes

然后一直c，直到第一次跳到376行

答案

4-8 课堂练习4.4：页式虚存

缺页异常在 Linux 内核处理中占有非常重要的位置，很多 Linux 特性，如写时复制，页框延迟分配，内存回收中的磁盘和内存交换，都需要借助缺页异常来进行。 本实训分析 Linux 0.11 的缺页处理机制。

 

第1关可执行文件的执行

任务描述

本关任务：在 bochs 虚拟机中编译程序 01.c ，可以得到一个可执行文件。请分析该程序的运行，回答下列问题： 1.执行该文件的 execve 系统调用刚开始执行时，当前进程的用户虚空间是什么？该空间的第一个页表项和最后一个页表项分别是什么？ 2.执行该文件的 execve 系统调用执行结束时，该进程的用户虚空间是什么？该空间占据几个页目录项？第一个页目录项的地址和值分别是什么？ 3.该可执行文件的代码段和数据段的长度之和是多少？

相关知识

为了完成本关任务，你需要掌握： 1.如何跟踪可执行文件的执行； 2.如何确定一个进程的用户虚空间范围； 3.如何分析一个可执行文件的结构和指令； 4.如何将文件放入 bochs 虚拟机； 5.在 bochs 虚拟机中如何编辑文件； 6.如何将一个文件从 bochs 虚拟机拷入 Ubuntu 容器； 7.如何显示 bochs 虚拟机硬盘中某个可执行文件的内容； 8.如何计算一个线性地址对应的物理地址； 9.如何计算一个线性地址的高 10 位和中间 10 位的值； 10.页目录项和页表项的格式是什么； 11.如何查看某个页目录项的值。

实验准备

本关卡使用版本 0 内核进行分析，01.c 文件存放在/data/workspace/myshixun/exp1下。

编程要求

本关任务：在 bochs 虚拟机中编译程序 01.c ，可以得到一个可执行文件。请分析该程序的运行，回答下列问题： 1.执行该文件的 execve 系统调用刚开始执行时，当前进程的用户虚空间是什么？该空间的第一个页表项和最后一个页表项分别是什么？ 2.执行该文件的 execve 系统调用执行结束时，该进程的用户虚空间是什么？该空间占据几个页目录项？第一个页目录项的地址和值分别是什么？ 3.该可执行文件的代码段和数据段的长度之和是多少？

实验过程及答案

实验过程

直接简单粗暴手动把/data/workspace/myshixun/exp1的01.复制到os/linux-0.11-lab/b

 

cd os/linux-0.11-lab
./run

 

 

点yes

打开gdb

然后一直c

转到虚拟机

回到gdb

答案

第2关可执行文件的加载