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思考题

Thinking 2.1

在C程序中，指针变量存储的地址是虚拟地址。MIPS汇编程序中lw和sw使用的是虚拟地址。

Thinking 2.2

1.

用宏实现链表的好处：可重用度高，避免了重复编写，使得源程序更加简洁、易读，便于重复利用。

2.

插入：

单向列表在链表中插入只需要修改两个指针。在链表头和链表尾插入，只需要修改一个指针

循环列表需要修改无论何处插入，都需要修改两个指针。

双向链表，在链表中插入需要修改四个指针，在头尾插入需要修改2两个指针。

Thinking 2.3

C为正确的

Thinking 2.4

1.

引用自网络上对ASID的解释：ASID唯一标识每个进程，并用于为该进程提供地址空间保护，当TLB尝试解析虚拟页码时，它确保当前正在运行的进程的ASID与与虚拟页面关联的ASID匹配。 如果ASID不匹配，则将该尝试视为TLB未命中 。

对于不同的进程，其相同的虚拟地址可能对应不同的空间，因此对于不同程序，TLB需要进行区分。因此引入ASIAD，在查找TLB，需要传入虚地址和对应的ASID，这样才能正确查找到对应的物理地址。因此ASID是必不可缺的。

2.

ASID 为11-6位，共6位，故能容纳不同地址空间的最大数量为64。

Thinking 2.5

1.

tlb_invalidate调用了tlb_out

2.

根据当前进程的状态，以虚拟地址和进程的ASID值为参数调用tlb_out完成对TLB对应内容的清除

3.

LEAF(tlb_out)
.set noreorder
	mfc0    t0, CP0_ENTRYHI	//$t0 = $$EntryHi
	mtc0    a0, CP0_ENTRYHI //$EntryHi = $a0
	nop						
	/* Step 1: Use 'tlbp' to probe TLB entry */
	/* Exercise 2.8: Your code here. (1/2) */
	tlbp 					//利用EntryHi寄存器中值查找对应表项入口，并存入index寄存器
	nop
	/* Step 2: Fetch the probe result from CP0.Index */
	mfc0    t1, CP0_INDEX	//$t1 = $index
.set reorder
	bltz    t1, NO_SUCH_ENTRY// if $t1 < 0, 代表前一步操作未找到相应页，跳转NO_SUCH_ENTRY
.set noreorder
	mtc0    zero, CP0_ENTRYHI//$EntryHi = 0
	mtc0    zero, CP0_ENTRYLO0//$EntryLo = 0
	nop
	/* Step 3: Use 'tlbwi' to write CP0.EntryHi/Lo into TLB at CP0.Index  */
	/* Exercise 2.8: Your code here. (2/2) */
	tlbwi					//tlbwi,根据index寄存器中的索引将对应的EntryHi和EntryLo清零
.set reorder

NO_SUCH_ENTRY:
	mtc0    t0, CP0_ENTRYHI	//$EntryHi = $k1,将原EntryHi寄存器值写回
	j       ra				//返回
END(tlb_out)

Thinking A.1

1、三级页表页目录的基地址为： \(PD_{base} = PT_{base}+(PT_{base}>>12)*8\) 2、映射到页目录自身的页目录项 \(PDE_{self-mapping} = PD_{base} + (PT>>21)*8\)

Thinking 2.6

x86架构的内存管理分为两个部分，分段和分页。

分段提供了一种隔离每个进程或者任务代码、数据和栈模块的机制，保证多个进程或者任务能够在同一个处理器上运行而不会互相干扰。

分页机制实现了传统请求调页的虚拟内存系统，在这种系统中，程序的执行环境块按需要被映射到物理内存中。分页机制同样可以用来隔离多个任务。

对分页和分段机制进行不同的配置，可以分别支持简单的单任务系统、多任务系统或者使用共享内存的多处理器系统。

x86用到三个地址空间的概念：物理地址、线性地址和逻辑地址。而MIPS只有物理地址和虚拟地址两个概念。

难点：

1.头文件宏定义报错：使用出错，应该用指针地址

2.lab1分配段时，没有规定end的空间地址

实验难点

内核程序启动与初始化

exercise 2.1

注意页面大小为 BY2PG。根据总物理内存大小memsize计算得出。

freemem为空闲内存首地址。

注意ROUND宏函数。起作用为将地址按要求的相邻字节大小对齐。

exercise 2.2

对宏函数的理解。需要完成以宏函数为基础的双向链表。链表常用操作：

#define LIST_EMPTY(head)
#define LIST_HEAD(name, type)
#define LIST_INSERT_AFTER(listelm, elm, field)
#define LIST_INSERT_HEAD(head, elm, field)

/*
head为一个指向链表首项的指针。需要注意参数需要为一个指针对象，对于数据类型，需要传入其地址。
若宏函数未正确使用，报错会显示头文件error，而非调用错误处。
*/

注意多行宏函数，需要添加 \

#define LIST_INSERT_AFTER(listelm, elm, field)                                                     \
	do {                                                                                       \
		if (((elm)->field.le_next = (listelm)->field.le_next) != NULL)  \
        	(listelm)->field.le_next->field.le_prev = &(elm)->field.le_next;               \
        (listelm)->field.le_next = (elm);                               \
        (elm)->field.le_prev = &(listelm)->field.le_next;               \
	} while (0)

exercise 2.3

注意利用page2kva 获取page的地址，完成已分配内存的页面的初始化。

将地址在freemem以上的page作为空闲页，加入空闲页链表中

exercise 2.4

分配函数，在空闲链表中获取一个页面，利用page_init完成初始化，将new指针赋值为页面控制块的地址。

exercise 2.5

只需要将指定page插入空闲页链表中

exercise 2.6

Pde –（page directory 一级页表）

Pte –（page table 二级页表）

TLB 重填部分的内容需要注意练习。

注意下图中代码缩写解释

首先需要找到指定页目录，通过PDX（va）获取索引值，访问相应页目录。

若页目录不存在，创建新的页目录，设置权限位。利用PTX（va）获取页目录项中相应页表的地址，赋值给ppte指针。

exercise 2.7

将指定page映射到一虚拟地址，并设定相应权限。

exercise 2.8 2.9 2.10

根据提示补全代码即可

实验心得与总结

相对前一个实验，此实验结构更加复杂，任务也更繁重。

很多函数的使用说明不够详细。对于一些宏定义函数，也无详细的说明，如 BY2PG等。因此也需要更完整地阅读头文件内容，才可以更顺利地进行实验。

同时，宏函数有很多对指针的利用，更有二级指针等更为复杂的利用。因此需要进一步复习c语言指针和内存管理相关的知识。

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