實(shí)驗(yàn)四-統(tǒng)計(jì)缺頁(yè)次數(shù)

1、實(shí)驗(yàn)四-統(tǒng)計(jì)缺頁(yè)次數(shù)實(shí)驗(yàn)四統(tǒng)計(jì)操作系統(tǒng)缺頁(yè)次數(shù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶W(xué)習(xí)虛擬內(nèi)存的基本原理和Linux虛擬內(nèi)存管理技術(shù)；深入理解、掌握Linux的按需調(diào)頁(yè)過(guò)程；掌握內(nèi)核模塊的概念和操作方法，和向/proc文件系統(tǒng)中增加文件的方法；綜合運(yùn)用內(nèi)存管理、系統(tǒng)調(diào)用、proc文件系統(tǒng)、內(nèi)核編譯的知識(shí)。1. 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容原理Linux的虛擬內(nèi)存技術(shù)采用按需調(diào)頁(yè)，當(dāng)CP請(qǐng)求一個(gè)不在內(nèi)存中的頁(yè)面時(shí)，會(huì)發(fā)生缺頁(yè)，缺頁(yè)被定義為一種異常（缺頁(yè)異常），會(huì)觸發(fā)缺頁(yè)中斷處理流程。每種CPU結(jié)構(gòu)都提供一個(gè)do_page_fault處理缺頁(yè)中斷。由于每發(fā)生一次缺頁(yè)都要進(jìn)入缺頁(yè)中斷服務(wù)函數(shù)do_page_fault一次，所以可以認(rèn)為執(zhí)行該函數(shù)的

2、次數(shù)就是系統(tǒng)發(fā)生缺頁(yè)的次數(shù)。因此可以定義一個(gè)全局變量pfcount作為計(jì)數(shù)變量，在執(zhí)行do_page_fault時(shí)，該變量值加1。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)動(dòng)態(tài)加載模塊的方法，利用/proc文件系統(tǒng)作為中介來(lái)獲取該值實(shí)驗(yàn)環(huán)境操作系統(tǒng)：Ubuntu12.04（內(nèi)核版本為3.2.0-23-generic-pae）內(nèi)核源碼：linux-3.2.581. 實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)下載一份內(nèi)核源代碼并解壓Linux受GNU通用公共許可證（GPL）保護(hù)，其內(nèi)核源代碼是完全開(kāi)放的?，F(xiàn)在很多Linux的網(wǎng)站都提供內(nèi)核代碼的下載。推薦使用Linux的官方網(wǎng)站：。圖1Linux的官方網(wǎng)站在terminal

3、下可以通過(guò)wget命令下載源代碼：$cd/tmpwgethttp:/www.kernel.0rg/pub/linux/kernel/v3.x/linux-3.2.5.tar.xz切換到root身份，解壓源代碼到/usr/src目錄下：# xz-dlinux-3.2.58.tar.xz2. tar水vflinux-3.2.58.tarC/usr/src修改內(nèi)核源代碼，添加統(tǒng)計(jì)變量1、切換到預(yù)編譯內(nèi)核目錄#cd/usr/src/linux-3.2.582、修改處理內(nèi)存訪問(wèn)異常的代碼用vi編輯器打開(kāi)fault.c,一般使用Intelx86體系結(jié)構(gòu)，則修改arch/x86/目錄下的文件#viarch/

4、x86/mm/fault.c#cdarch/x86/mm#sudogeditfault.cin:/usr/src/linux-3*2.74/include/linuxftcdlu:/usr/src/1tnux-3.2.1A/tncludeircdarch/xse/nn.arch/jfSC/nn:hosuchfileordirectoryt(j:/usr/src/ltnux-3*.74/include#cd/arch/x&fiymh*-/arch/x86/niFiiNeusuchfileordirectoryIin:/us/src/linux-3*2.74/include#cdarch:arch

5、:NosuchfileordtrecLary；u;/usrysrc/linux-3*2.74/include#cd/archI:/archiMosuchftLeordirectory.u:/usr/src/lLnux-2.2.74/tncludeJtcdzu:/usr/src/linux-3.2.74#cdarch/xHt/nli:/usr/src/linuKzu:/usr/src/linux-3.2.7/arch/xfitj/nn#Eudogedltfault.l*2.2.74/arrh/xS6/nn#|unsignedlongvolatticpfcount;dotrapllnkagevoi

6、d_kprobesubuntuoneIstructed_struct*vfij;structtask_struct*tsk;unsignedlongaddress;structm_structfault;Litte二errormdedo_pd0日_fAultrnetpt_regs*regsFurisignedlongerrorcixje)PFWRITE；unsignedtntflags=FAULT_FLAC_ALLOW_RCTRy|FflULT_FLAG_KILLABLE|(write?FAULI_FLAG_WR1TE:0);tsk-current;ee二在do_page_fault函數(shù)的上一

7、行定義統(tǒng)計(jì)缺頁(yè)次數(shù)的全局變量pfcountunsignedlongvolatilepfcount;/將pfcount加入到do_page_fault中，用以統(tǒng)計(jì)缺頁(yè)次數(shù)pfcount+;3、修改內(nèi)存管理代碼/用vi編輯器打開(kāi)頭文件mm.hIva_l*yout0胃EUL】tfdrfinerth_pagppagepfn_to_page(ppge_to_pfn(piignj)十(n)ftleordirectoryioe*l$blnm&r七Linux3.2.T4ubuntuSofLWdieCenterircludecasn/paq褚*hrtncludcncludtasi/proc#11；,hce*十c

8、ki-rt4-hoZ)njawfXSLCT11OTTSTTyTTETltUlTyiLCTLcLe!E_|Jgu*externvoid*htghnenory;externintpageclusterjexternunsignedtongvolatilepfcountj*ifdefCONFIG_SYSCTLexternIntsysctllegdcyvdIdyout;也L八_suchfilerdirectory；U:u:/usrPcd/src/Iinux3*274:/src/tiriJX-3.2.74:Ho：u:/usrffcd/srt:/src：Nosuch.ui/usr#Is%tflelndel

9、ib.d:/usr#cdsrc:ui/usr/srcMcd:u:/usr/src/llnux-3.2.74#cdinclude/linux:u:/uir/trc/llnux-32T4/UKlue/llnuxffsudogedtt|WJ/r$r$rjllnux”32八liux#viinclude/linux/mm.h/在mm.h中加入全局變量pfcount的聲明,代碼加在externintpage_cluster;語(yǔ)句之后externunsignedlongvolatilepfcount;4、導(dǎo)出pfcount全局變量，讓整個(gè)內(nèi)核（包括模塊）都可以訪問(wèn)。方法是：#cdkernel#sudoged

10、itkallsyms.c在文件最后加入一行代碼EXPORT_SYMBOL(pfcount);7U：/U5r/src/ltnui3,2,74#cdkernel:u:/usr/src/Iinux3,2.74/kernel#sudogedttIcallsyns,cTu:/us/sc，ltnux=3.Z.T4/kmneUytfendtf/*CONFIC_KGDB_KDB*/LibreOffceImpress.open=K3ead=seqreadfftle_operationsllsynsopen,kallsynsopeatlong*llseek=seqIseek(,release=&eq_rele3s

11、e_privatef1；stattctitinttkallsynstntt(votd)riproccreatefkails/nsw,0444,null,akallsynsoperations);return0;deviceiniteal1(kaXlsynsinit);EXPORTS/HBOL(pfCOUnt):3. 配置編譯新內(nèi)核用編譯Linux內(nèi)核預(yù)備實(shí)驗(yàn)中的方法完成新內(nèi)核的配置、編譯、替換，重啟后驗(yàn)證是否完成替換。在編譯內(nèi)核前，一般來(lái)說(shuō)都需要對(duì)內(nèi)核進(jìn)行相應(yīng)的配置。配置是精確控制新內(nèi)核功能的機(jī)會(huì)。配置過(guò)程也控制哪些需編譯到內(nèi)核的二進(jìn)制映像中（在啟動(dòng)時(shí)被載入），哪些是需要時(shí)才裝入的內(nèi)核模塊（m

12、odule）。首先進(jìn)入內(nèi)核源代碼目錄：#cd/usr/src/linux-3.2.58如果不是第一次編譯的話，有必要將內(nèi)核源代碼樹(shù)置于一種完整和一致的狀態(tài)。因此，推薦執(zhí)行命令makemrproper。它將清除目錄下所有配置文件和先前生成核心時(shí)產(chǎn)生的.o文件：#makemrproper（如果是第一次可跳過(guò)此步）然后配置編譯選項(xiàng)（此處使用原內(nèi)核的配置文件，完整的配置命令看操作提示）：#cp/boot/config-3.2.0-20-generic-pae.config該命令的作用是將原內(nèi)核配置文件拷貝的當(dāng)前目錄下，并命名為.config。若需要進(jìn)一步修改配置請(qǐng)參照操作提示。ctubuntu:/us

13、r/src/linjx-3.2*71#cp/boot/conftg-3.2*0-26generic-pae*con在編譯前用#uname-r查看原來(lái)的版本4. rootuburtu:/ituname-r3.2*0-20generic-paeAuhnntm*fit|編譯內(nèi)核和模塊編譯內(nèi)核，就用：#make編譯內(nèi)核需要較長(zhǎng)的時(shí)間，具體與機(jī)器的硬件條件及內(nèi)核的配置等因素有關(guān)（采用VMWare虛擬機(jī)，需要約60分鐘）。完成后產(chǎn)生的內(nèi)核文件bzImage的位置在/usr/src/linux/arch/i386/boot目錄下，當(dāng)然這里假設(shè)用戶的CPU是Intelx86型的，并且你將內(nèi)核源代碼放在/usr

14、/src/linux目錄下。如果選擇了可加載模塊，編譯完內(nèi)核后，要對(duì)選擇的模塊進(jìn)行編譯，可用：#makemodules安裝新內(nèi)核模塊和新內(nèi)核首先統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)彳映命令將新內(nèi)核模塊安裝到系#makemodules_installH161QFWftrrwarp/edgeport/dnwn.fwH16T0FWfbrwcjre/edgeport/downZ.fwIHEXfi.rmwdre/edgepart/d0wn3.binIHEX2FWfirnware/whiteheatlooderfwIHEX2FWfirrware/whtteheatfwIHEX2FUfIrrware/ke/spanpda/keyspa

15、npda.fw1HEJ（2FWftrrware/ke/spdn_pdd/xtrcom_pgs,fwIHEXfIrnwdie/cpLaZ/stvO672_vp4blnIHEXfitnwdrt?/ydfl/1200lq.u胃i-l-T/gi-kjfqlJmi-Lfr*-HIITLnfFc-b日.】jEJl*irwi】Ti-f通常，Linux在系統(tǒng)引導(dǎo)后從/boot目錄下讀取內(nèi)核映像到內(nèi)存中。因此如果想要使用自己編譯的內(nèi)核，就必須用makeinstall命令將啟動(dòng)文件（內(nèi)核映像）安裝到/boot目錄下。6.編寫(xiě)讀取pfcount值的模塊代碼系統(tǒng)重啟后,執(zhí)行如下操作:#cdsource/切換至Usou

16、rce#vipf.c碼/新建用于構(gòu)建模塊的代#mkdirsource/在當(dāng)前用戶目錄下創(chuàng)建source文件夾，用于存放編寫(xiě)的用戶程序目錄/*pf.c*/*modulesprogram*/#include#include#include#include#include#include#includestructproc_dir_entry*proc_pf;structproc_dir_entry*proc_pfcount;externunsignedlongpfcount;staticinlinestructproc_dir_entry*proc_pf_create(constchar*name

17、,mode_tmode,read_proc_t*get_info)(returncreate_proc_read_entry(name,mode,proc_pf,get_info,NULL);)intget_pfcount(char*buffer,char*start,off_toffset,intlength,int*peofvoid*data)(intlen=0;len=sprintf(buffer,%ldn,pfcount);returnlen;)staticintpf_init(void)(proc_pf=proc_mkdir(pf,0);proc_pf_create(pfcount,0,get_pfcount);return0;)staticvoidpf_exit(void)(remove_proc_entry(pfcount,proc_pf);remove_proc_entry(pf,0);)module_init(pf_init);module_exit(pf_exit);MODULE_LICENSE(GPL);7編譯、構(gòu)建內(nèi)核模塊#viMakefile/在source目錄下建立冰即Okefile中添加如下內(nèi)容：obj-m:=pf.oifneq($(KERNELRELEASE),)obj-m:=pf.oelseKDIR:=/lib/modules/