Linux操作系统实验：解析缺页中断与内核模块

"操作系统实验四旨在让学生了解和掌握虚拟内存的基本原理，特别是Linux操作系统中的按需调页机制。实验内容包括理解Linux虚拟内存管理、内核模块操作、/proc文件系统以及内核编译。实验通过统计缺页次数来监控系统性能，这涉及到跟踪do_page_fault函数的执行次数。实验环境是Ubuntu 12.04系统，使用内核版本3.2.58。实验步骤包括下载内核源代码、解压、修改源代码以添加统计变量，然后重新编译和加载内核模块。" 操作系统实验四的核心知识点： 1. **虚拟内存原理**：虚拟内存是一种内存管理技术，它使得每个进程都有独立的地址空间，即使这些进程共享相同的物理内存。在Linux中，虚拟内存通过按需调页实现，只有当进程试图访问未在物理内存中的页面时，才会从磁盘加载。 2. **Linux虚拟内存管理**：Linux内核使用页表映射虚拟地址到物理地址，并通过页表项的状态来决定是否需要调入页面。缺页异常是当试图访问的页不在内存中时触发的硬件中断。 3. **按需调页**：按需调页策略确保只有在实际需要时才将数据从磁盘交换到内存，以优化内存使用。 4. **缺页中断与do_page_fault**：当发生缺页时，CPU执行do_page_fault函数来处理这一异常。这个函数负责决定如何响应缺页，如替换内存中的页面或从磁盘读取新页面。 5. **内核模块**：内核模块是可插入和可移除的内核组件，允许动态扩展内核功能。在实验中，通过编写内核模块来跟踪缺页次数。 6. **/proc文件系统**：/proc是一个虚拟文件系统，提供了查看和修改内核状态的接口。在实验中，通过向/proc添加文件来暴露缺页计数器的值。 7. **系统调用**：系统调用是用户程序与操作系统交互的机制，实验可能涉及使用系统调用来读取或修改内核数据，如缺页计数。 8. **内核编译与模块加载**：实验要求修改内核源代码，添加统计变量，然后重新编译内核。内核模块的加载通常使用insmod或modprobe命令。 9. **实验环境配置**：实验在Ubuntu 12.04系统上进行，需要安装特定内核版本的源代码，并且需要具备一定的Linux命令行操作技能。 通过这个实验，学生不仅能够理论联系实践，理解操作系统内存管理的复杂性，还能提升对内核编程和系统调用的理解，这对于深入学习操作系统和系统级编程至关重要。