实验四-统计缺页次数

实验四-统计缺页次数实验四统计操作系统缺页次数实验目的学习虚拟内存的基本原理和Linux虚拟内存管理技术；深入理解、掌握Linux的按需调页过程；掌握内核模块的概念和操作方法，和向/proc文件系统中增加文件的方法；综合运用内存管理、系统调用、proc文件系统、内核编译的知识。实验内容1.原理Linux的虚拟内存技术采用按需调页，当CPU请求一个不在内存中的页面时,会发生缺页,缺页被定义为一种异常（缺页异常），会触发缺页中断处理流程。每种CPU结构都提供一个do_page_fault处理缺页中断。由于每发生一次缺页都要进入缺页中断服务函数do_page_fault一次，所以可以认为执行该函数的次数就是系统发生缺页的次数。因此可以定义一个全局变量pfcount作为计数变量，在执行do_page_fault时，该变量值加1。本实验通过动态加载模块的方法，利用/proc文件系统作为中介来获取该值。2.实验环境操作系统：Ubuntu12.04（内核版本为3.2.0-23-generic-pae）内核源码：linux-3.2.58实验指导1.下载一份内核源代码并解压Linux受GNU通用公共许可证（GPL）保护，其内核源代码是完全开放的。现在很多Linux的网站都提供内核代码的下载。推荐使用Linux的官方网站：。图1Linux的官方网站在terminal下可以通过wget命令下载源代码：$cd/tmp$wget切换到root身份，解压源代码到/usr/src目录下：#xz–dlinux-3.2.58.tar.xz#tar–xvflinux-3.2.58.tar–C/usr/src2.修改内核源代码，添加统计变量1、切换到预编译内核目录#cd/usr/src/linux-3.2.582、修改处理内存访问异常的代码//用vi编辑器打开fault.c，一般使用Intelx86体系结构，则修改arch/x86/目录下的文件#viarch/x86/mm/fault.c#cdarch/x86/mm#sudogeditfault.c//在do_page_fault函数的上一行定义统计缺页次数的全局变量pfcountunsignedlongvolatilepfcount;//将pfcount加入到do_page_fault中，用以统计缺页次数pfcount++;3、修改内存管理代码//用vi编辑器打开头文件mm.h#viinclude/linux/mm.h//在mm.h中加入全局变量pfcount的声明，代码加在externintpage_cluster;语句之后externunsignedlongvolatilepfcount;4、导出pfcount全局变量，让整个内核（包括模块）都可以访问。方法是：#cdkernel#sudogeditkallsyms.c//在文件最后加入一行代码EXPORT_SYMBOL(pfcount);3.配置编译新内核用编译Linux内核预备实验中的方法完成新内核的配置、编译、替换，重启后验证是否完成替换。在编译内核前，一般来说都需要对内核进行相应的配置。配置是精确控制新内核功能的机会。配置过程也控制哪些需编译到内核的二进制映像中(在启动时被载入)，哪些是需要时才装入的内核模块（module）。首先进入内核源代码目录：#cd/usr/src/linux-3.2.58如果不是第一次编译的话，有必要将内核源代码树置于一种完整和一致的状态。因此，推荐执行命令makemrproper。它将清除目录下所有配置文件和先前生成核心时产生的.o文件：#makemrproper（如果是第一次可跳过此步）然后配置编译选项（此处使用原内核的配置文件，完整的配置命令看操作提示）：#cp/boot/config-3.2.0-20-generic-pae.config该命令的作用是将原内核配置文件拷贝的当前目录下，并命名为.config。若需要进一步修改配置请参照操作提示。在编译前用#uname-r查看原来的版本4.编译内核和模块编译内核，就用：#make编译内核需要较长的时间，具体与机器的硬件条件及内核的配置等因素有关（采用VMWare虚拟机，需要约60分钟）。完成后产生的内核文件bzImage的位置在/usr/src/linux/arch/i386/boot目录下，当然这里假设用户的CPU是Intelx86型的，并且你将内核源代码放在/usr/src/linux目录下。如果选择了可加载模块，编译完内核后，要对选择的模块进行编译，可用：#makemodules5.安装新内核模块和新内核首先，用下面的命令将新内核模块安装到系统的标准模块目录中：#makemodules_install此处有改动选择了取消然后，用下面的命令将新内核安装到系统中：#makeinstall通常，Linux在系统引导后从/boot目录下读取内核映像到内存中。因此如果想要使用自己编译的内核，就必须用makeinstall命令将启动文件（内核映像）安装到/boot目录下。6.编写读取pfcount值的模块代码系统重启后，执行如下操作：#mkdirsource//在当前用户目录下创建source文件夹，用于存放编写的用户程序#cdsource//切换到source目录#vipf.c//新建用于构建模块的代码--------------------------------------------/*pf.c*//*modulesprogram*/#includelinux/init.h#includelinux/module.h#includelinux/kernel.h#includelinux/mm.h#includelinux/proc_fs.h#includelinux/string.h#includeasm/uaccess.hstructproc_dir_entry*proc_pf;structproc_dir_entry*proc_pfcount;externunsignedlongpfcount;staticinlinestructproc_dir_entry*proc_pf_create(constchar*name,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*peof,void*data){intlen=0;len=sprintf(buffer,%ld\n,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编译、构建内核模块#viMakefile//在source目录下建立Makefile文件在Makefile中添加如下内容：obj-m:=pf.oifneq($(KERNELRELEASE),)obj-m:=pf.oelseKDIR:=/lib/modules/$(shelluname-r)/buildPWD:=$(shellpwd)default:$(MAKE)-C$(KDIR)M=$(PWD)modulesclean:$(MAKE)-C$(KDIR)M=$(PWD)cleanendif8加载模块到内核中执行加载模块命令：#insmodpf.ko查看统计缺页次数：#cat/proc/pf/pfcount实验总结实验中的更换linux内核的实验我开始没做出来，后来请教同学才明白过来，但内核更换确实需要多多的练习和学习。内核实验中也学到了一些关于内核的知识，重要的还是自己要多多的练习，达到自己能独立完成内核更换的实验。