Virtual Memory
In this assignment, you will remove that limitation by building an illusion of infinite memory.
You should take care to fix any bugs in your project 2 submission before you start work on project 3, because those bugs will most likely cause the same problems in project 3.
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Background
Source File
VM 디렉토리에서 작업한다.
You MUST follow the given template. That is, if you submit the code, that is not based on the given template, you get 0pts.
📄 include/vm/vm.h, vm/vm.c
Provides a general interface for virtual memory. In the header file, you can see the defintion and explanation for different vm_type
VM_UNINIT,VM_ANON,VM_FILE,VM_PAGE_CACHE- 지금은
VM_PAGE_CACHE무시, 프로젝트 4용
또한 여기에서 추가 페이지 테이블을 구현한다. 아래 참조
📄 include/vm/uninit.h, vm/uninit.c
- uninitialized pages(vm_type =
VM_UNINIT)에 대한 작업을 제공한다.
📄 include/vm/anon.h, vm/anon.c
- anonymouse pages(vm_type =
VM_ANON)에 대한 작업을 제공한다.
📄 include/vm/file.h, vm/file.c
- file-backed pages(vm_type =
VM_FILE)에 대한 작업을 제공한다.
📄 include/vm/inspect.h, vm/inspect.c
- Contains memory inspection operations for grading. Do not change this files.
📄 include/devices/block.h, devices/block.c
block device에 섹터 기반 읽기 및 쓰기 액세스를 제공합니다. 이 인터페이스를 사용하여 block device로 swap partition에 액세스한다.
Memory Terminology
Some of these terms should be famililar from project 2, but much of it is new
pages
-
페이지는 길이가 4,096바이트(페이지 크기)인 가상 메모리의 연속 영역이다. 페이지는
page-aligned상태여야 한다. -
즉, page size로 균등하게 구분되는 virtual address에서 시작해야 한다. 따라서 64비트 virtual address의 마지막 12비트는
page offset(또는offset)
상위 비트는 곧 도입될 페이지 테이블의 인덱스를 나타내는 데 사용되며, 64비트 시스템에서는 가상 주소를 다음과 같이 만드는 4단계 페이지 테이블을 사용한다.
63 48 47 39 38 30 29 21 20 12 11 0
+-------------+----------------+----------------+----------------+-------------+------------+
| Sign Extend | Page-Map | Page-Directory | Page-directory | Page-Table | Page |
| | Level-4 Offset | Pointer | Offset | Offset | Offset |
+-------------+----------------+----------------+----------------+-------------+------------+
| | | | | |
+------- 9 ------+------- 9 ------+------- 9 ------+----- 9 -----+---- 12 ----+
Virtual Address-
각 프로세스에는 virtual address
KERN_BASE(0x800400000) 아래의 페이지인 사용자(virtual) 페이지의 독립적인 집합이 있다. -
반면에
kernel (virtual) pages세트는 global. 어떤 스레드 또는 프로세스가 실행 중인지에 관계없이 동일한 위치에 있다.
kernel은 user 및 kernel pages 모두 액세스할 수 있지만,user process는 자체 user pages에만 액세스할 수 있다.
Frame
frame은 physical frame의 연속(?) 영역이다. page와 마찬가지로 frames도 page-size와 page-alinged 되어야 한다. 64비트 물리적 주소는 다음과 같이 frame number와 frame offset(또는 offset)으로 나눌 수 있다.
12 11 0
+-----------------------+-----------+
| Frame Number | Offset |
+-----------------------+-----------+
Physical Address-
x86-64는 물리적 주소의 메모리에 직접 액세스할 수 있는 방법을 제공하지 않는다.
-
핀토스는 커널 가상 메모리를 물리적 메모리에 직접 매핑함으로써 이 문제를 해결한다 - 커널 가상 메모리의 첫 번째 페이지는 물리적 메모리의 첫 번째 프레임에 매핑되고, 두 번째 페이지는 두 번째 프레임에 매핑된다.
-
그러므로 프레임은 커널 가상 메모리를 통해 접근할 수 있다.핀토스는 물리적 주소와 커널 가상 주소 사이를 변환하는 기능을 제공한다. 자세한 내용은 Virtual Addresses를 참조.
Page Tables
페이지 테이블은 CPU가 가상 주소를 물리적 주소, 즉 페이지에서 프레임으로 변환하는 데 사용하는 데이터 구조이다.
페이지 테이블 형식은 x86-64 아키텍처에 의해 결정됩니다. 핀토스는 페이지 테이블 관리 코드를 threads/mmu.c에 제공한다.
아래 다이어그램은 페이지와 프레임 간의 관계를 보여줍니다. 왼쪽의 가상 주소는 페이지 번호와 오프셋으로 구성된다. 페이지 테이블은 페이지 번호를 프레임 번호로 변환하여 수정되지 않은 오프셋과 결합하여 오른쪽의 실제 주소를 얻는다.
+----------+
.--------------->|Page Table|-----------.
/ +----------+ |
| 12 11 0 V 12 11 0
+---------+----+ +---------+----+
| Page Nr | Ofs| |Frame Nr | Ofs|
+---------+----+ +---------+----+
Virt Addr | Phys Addr ^
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