VM - Page Frame

Why do we need page frame?

实际 page frame 只是 kernel 的一个 struct，用于：

1. 记录：由其包含的 physical page 地址（其实还是virtual addr）
2. 记录：该page 所属的 memeory object(即 vm_area_struct/bss… 所指向的)；以及该page 的 page_num
3. 第一条“由其包含”表明了，OS需要一个结构体来管理所“征用”的physical page，这个结构体就是 page frame
4. 注意：page frame 中的page 不一定都在 physical memory 中，也有可能被 page out 到了 disk。前者称为 resident page。

1. pframe_init()

使用物理内存之前的准备工作，开机时？

初始化与 pframe 有关的量：

• alloc_list
• pinned_list
• pframe_allocator
• pageout deamon

2. pframe_shutdown（）

停止使用物理内存之后的清理工作，关机时？

• 停止 pageout deamon
• 清理及 free 所有 page

3. pframe_get_resident（）

获得“驻足内存的pframe”，based on mmobj & pagenum; 如果pframe 不再内存中，返回NULL

4. pframe_alloc（）

为 mmobj、pagenum 指定的 page 分配物理内存

5. pframe_lookup（）

实际上就是执行 pframe_get()，

6. pframe_get（）

#参见page\_fault():
https://caomingkai.github.io/2018/04/18/VM-Page-Table-Page-Fault-Hander/

根据 ‘mmobj & pagenum’ 得到 pframe

• 如果物理内存中已有该page，直接返回
• 如果物理内存中没有该page，allocate 新的，并（有可能从disk）fill 进内容

1. 先判断由 ‘mmobj & pagenum’ 指明的pframe 是否存在于内存中，by calling pframe_get_resident()
   • 如果存在，继续判断 pframe 是否 busy（因为有可能被 pageout deamon 操作）
     • if busy 则 sleep；醒来时再回到第1步，判断pframe是否存在于物理内存中
     • if not busy，直接返回 pframe
   • 如果不存在，则创建新的pframe
     • 先判断是否需要启动 pageout deamon 释放部分物理内存，需要的话就唤醒 deamon
     • 然后分配pframe空间， pframe_alloc(o,pagenum)；注意返回值ERROR
     • 再向刚获得的pframe中添加内容， pframe_fill()；注意返回值ERROR

7. pframe_migrate（）

将pframe 移到父节点；缩短 shadow object tree 的高度（在某个mmobj被清除的时候）

8. pframe_fill（）

调用 specific mmobj 的 fillpage() 真正实现将外部数据读入物理内存

9. pframe_pin（）

对该 pframe 锁定 pin down，防止被 pageout

1. 判断该 pframe 的 pf_pincount 是否为“0”
   • 如果==0，表明该 pframe page 在 allo_chain上
     • 从原来 chain 卸下来
     • nallocated–
     • 加入 pinned_chain 中
     • npinned++
     • pf->pf_pincount++
   • 如果 != 0，表明该 pframe page 已经在 pinned_chain上了
     • 只需要 pf->pf_pincount++ 即可

10. pframe_unpin（）

将该 pframe 解锁，向 pageout deamon 开放

1. 首先更新 pf_pincount： pf_pincount–;
2. 判断该 pframe 的 pf_pincount 目前是否为“0”
   • 如果==0，那么
     • 从 pinned_chain 中卸下来
     • npinned–
     • 加入 alloc_chain 中
     • nallocated++
   • 如果 !=0, 那么啥也不做

11. pframe_dirty（）

对 pframe（仅指file_obj，shadow、anony 无法pageout）进行更改之前，将该page设置为 DIRTY，待 pageout deamon 回收的时候检查到DIRTY时，会将page的内容更新到 disk 上