统计操作系统缺页次数

1实验二:统计操作系统缺页次数林2目录一．实验目的---------------------------------------------3二．实验内容--------------------------------------------3三.实验步骤----------------------------------------------33统计操作系统缺页次数一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。二实验内容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-3.2.58三实验步骤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：。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.xz4#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//在do_page_fault函数的上一行定义统计缺页次数的全局变量pfcountUnsignedlongvolatilepfcount;5//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;64、导出pfcount全局变量，让整个内核（包括模块）都可以访问。方法是：#vikernel/kallsyms.c//在文件最后加入一行代码EXPORT_SYMBOL(pfcount);3.配置编译新内核在编译内核前，一般来说都需要对内核进行相应的配置。配置是精确7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（如果是第一次可跳过此步）。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-3.2.0-23-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。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。#uname–r//如果为3.2.58（与你采用的新内核版本一至）说明替换完成4.编写读取pfcount值的模块代码8系统重启后，执行如下操作：cd/home/sa#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;externunsignedlongvolatilepfcount;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)9{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);5.编译、构建内核模块cd/home/sa/source#viMakefile//在source目录下建立Makefile文件在Makefile中添加如下内容：obj-m:=pf.o编译内核模块：make-C/usr/src/linux-3.2.58SUBDIRS=/home/sa/sourcemodules6.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/pfcount10