목차
- 폴더 구조
- 개발 순서
- 테스트 케이스
- 코드 흐름
폴더 구조
vm/
vm.c: 가상 메모리 전반을 관리하는 인터페이스frame.c: 프레임 할당 및 교체 로직anon.c: Anonymous page (파일 없이 메모리에만 존재하는 페이지) 처리file.c: File-backed page 처리 (mmap 등)page.c: Supplemental Page Table(SPT) 핵심 로직 (페이지 등록/탐색 등)uninit.c: Lazy loading을 위한 초기화 구조
userprog/
exception.c:do_page_fault()에서 Page Fault 핸들링process.c: 프로세스 생성 시 SPT 초기화
threads/
palloc.c: 페이지 단위 물리 메모리 할당synch.c: 동기화 (락 등)thread.c: 현재 스레드 정보 접근
개발 순서 (추천)
1. Introduction
프로젝트 목표: 가상 메모리(Virtual Memory)를 구현하여 사용자 프로그램의 주소 공간을 효율적으로 관리
학습 내용 : SPT, 프레임 관리, 페이지 폴트 처리, 스택 확장, mmap, 스왑 등) 숙지
핵심 기능
- Lazy Loading
- Anonymous / File-backed Page
- Stack Growth
- Memory Mapping (
mmap) - Swap In/Out
- (옵션) Copy-on-write
테스트 기준: tests/vm/*, tests/userprog/* 일부 테스트 통과가 목표
2. Memory Management (전반적인 흐름 이해)
책임 구조
- 사용자 주소 공간은
Supplemental Page Table (SPT)로 관리한다 - SPT는 사용자 가상 주소와 해당 페이지 정보를 매핑하는 해시 테이블
핵심 파일
vm/page.c: 페이지 등록/탐색 (spt_find_page(),spt_insert_page())vm/vm.c:vm_alloc_page(),vm_claim_page()등 인터페이스userprog/exception.c:do_page_fault()에서 페이지 폴트 처리
3. Anonymous Page (anon.c)
역할: 파일 없이 메모리로만 구성된 페이지 (ex. Stack, Heap)
구현 순서
anon_page_init()구현anon_initializer()구현 및uninit_new()에서 등록anon_swap_in(),anon_swap_out()은 초기에는 간단히 구현
테스트 연관
vm/lazy-anonvm/swap-anon(스왑 구현 후)
4. Supplemental Page Table (page.c)
역할: 가상 주소 ↔ 페이지 정보 매핑
구현 순서
page_hash()/page_less()/page_destroy()함수 등록spt_find_page(): 주소에 해당하는 페이지 탐색spt_insert_page(): 주소에 새 페이지 등록spt_remove_page(),supplemental_page_table_copy()등
구조체
struct pagestruct supplemental_page_table
테스트 연관
- 모든 페이지 관련 테스트의 기반
5. Lazy Loading (uninit.c, do_page_fault())
역할: 페이지를 처음 접근할 때 실제 메모리를 할당하고, 초기화함
구현 순서
struct uninit_page구조 이해do_page_fault()에서 SPT에서 찾고, 없다면vm_stack_growth()또는 실패 처리vm_claim_page()에서initializer()호출 ->anon_initializer()등
관련 함수
do_page_fault(),vm_do_claim_page(),uninit_initialize()
테스트 연관
vm/lazy-*vm/pt-*일부
6. Stack Growth
역할: 사용자가 스택을 점점 아래로 확장할 때 동적으로 페이지를 추가
구현 순서
vm_stack_growth()구현do_page_fault()에서 fault 주소가 스택으로 확장 가능한 범위인지 확인 (is_stack_growth())
고려사항
PHYS_BASE기준으로 아래쪽으로 성장- 최대 스택 크기 제한 (~8MB)
테스트 연관
vm/pt-grow-stackvm/pt-big-stk-obj
7. File-backed Page (file.c)
역할: 파일 내용을 페이지로 매핑 (mmap 등)
구현 순서
file_backed_initializer(),file_backed_swap_in/out()등 구현- mmap syscall과 연결하여
vm_alloc_page_with_initializer()활용 do_mmap(),do_munmap()구현
테스트 연관
vm/mmap-*vm/page-merge-*,vm/page-shuffle
8. Swap In/Out
역할: 메모리가 부족할 때 디스크로 페이지를 임시 저장하는 기능
구현 순서
swap.c에 bitmap 기반 슬롯 관리frame.c: 프레임 부족 시 교체 (Clock 등)anon_swap_in(),anon_swap_out()완성
테스트 연관
vm/swap-*vm/lazy-anon등
9. Copy-on-write (추가 구현)
역할: fork() 시 페이지 복사 대신 공유하고, 쓰기 시 복사
구현 포인트
page->writable을 false로 설정page fault시 복사 수행- refcount 기반 관리
테스트 연관
vm/cow/cow-simple
요약 개발 순서
| 단계 | 구현 파일 | 주요 테스트 |
|---|---|---|
| Anonymous | anon.c | lazy-anon, swap-anon |
| SPT 연결 | page.c | 모든 테스트 기반 |
| Lazy Loading | uninit.c, do_page_fault | lazy-*, pt-* |
| Stack Growth | vm.c, exception.c | pt-grow-*, pt-big-stk-obj |
| File-backed | file.c | mmap-*, page-merge-* |
| Swap | swap.c, frame.c | swap-* |
| COW | page.c, exception.c | cow-simple |
테스트 케이스
1. 페이지 폴트 처리 및 스택 확장 (Page Fault & Stack Growth)
주요 파일: userprog/exception.c의 page_fault() 함수, vm/vm.c (또는 유사 파일) 내의 페이지 로딩 및 스택 확장 로직.
테스트 그룹: tests/vm/pt-*.c (Page Table tests)
- 핵심 기능:
- 사용자 프로그램이 아직 물리 메모리에 없는 (또는 접근 권한이 없는) 가상 주소에 접근했을 때 페이지 폴트(page fault)가 발생하는 것을 감지하고 이를 처리합니다.
- *보조 페이지 테이블(Supplemental Page Table, SPT)**을 조회하여 해당 가상 페이지의 상태(디스크에 있는지, 스왑 영역에 있는지, 아니면 새로 만들어야 하는지 등)를 파악합니다.
- 필요한 데이터를 물리 메모리 프레임(physical memory frame)으로 가져오고(페이지 로딩), CPU의 페이지 테이블(MMU가 사용하는 페이지 테이블, 예: x86-64의 PML4)을 업데이트하여 가상 주소와 물리 주소를 매핑합니다.
- 특히, 스택 포인터(
%rsp) 근처의 유효한 영역에서 페이지 폴트가 발생하면, 스택을 자동으로 한 페이지씩 확장해줍니다. - 잘못된 메모리 접근(예: 할당되지 않은 영역, 커널 영역, 읽기 전용 영역에 쓰기 시도) 시에는 프로세스를 정상적으로 종료시킵니다.
- 주요 테스트 케이스 및 검증 내용:
pt-grow-stack: 정상적인 스택 확장 (한 페이지).pt-grow-bad: 부적절한 주소에서의 스택 확장 시도 시 프로세스 종료.pt-big-stk-obj: 큰 객체 할당을 위한 다중 페이지 스택 확장.pt-bad-addr,pt-bad-read: 유효하지 않은 주소 접근 시 프로세스 종료.pt-write-code,pt-write-code2: 읽기 전용인 코드 영역에 쓰기 시도 시 프로세스 종료.pt-grow-stk-sc: 시스템 콜 중 발생하는 스택 확장의 정상 처리.
2. 페이지의 종류 및 지연 로딩 (Page Types & Lazy Loading)
주요 파일: vm/vm.c, vm/anon.c, vm/file.c, vm/uninit.c (KAIST Pintos 기준). struct page의 다양한 타입(VM_ANON, VM_FILE, VM_UNINIT) 및 관련 핸들러 함수들.
테스트 그룹: tests/vm/page-*.c, tests/vm/lazy-*.c
- 핵심 기능:
- 익명 페이지(Anonymous Page,
VM_ANON): 스택, 힙, 또는 BSS 세그먼트처럼 특정 파일과 연결되지 않은 페이지들을 관리합니다. 처음 접근 시 0으로 초기화된 물리 프레임에 연결됩니다 (지연 로딩). - 파일 기반 페이지(File-backed Page,
VM_FILE): 실행 파일의 코드/데이터 세그먼트나 메모리 매핑된 파일의 내용을 담는 페이지입니다. 처음 접근 시 파일로부터 해당 내용을 읽어와 물리 프레임에 로드합니다 (지연 로딩). - 미초기화 페이지(Uninitialized Page,
VM_UNINIT): 페이지가 처음 요청되었지만 아직 내용이 로드되지 않았거나 타입이 결정되지 않은 상태를 나타냅니다. 페이지 폴트 시 실제 타입(ANON 또는 FILE)으로 전환되며 초기화됩니다. - 이러한 페이지들을 보조 페이지 테이블(SPT)을 통해 효율적으로 관리합니다.
- 익명 페이지(Anonymous Page,
- 주요 테스트 케이스 및 검증 내용:
page-linear,page-parallel,page-shuffle: 익명 페이지의 기본적인 할당, 접근, 해제 및 여러 프로세스/스레드에서의 동시 사용 시나리오를 검증합니다.page-merge-*: (Pintos 기본 요구사항은 아닐 수 있으나) 인접한 페이지들의 관리 효율성을 간접적으로 테스트할 수 있습니다.lazy-anon: 익명 페이지가 실제로 접근될 때까지 물리 메모리 할당 및 초기화가 지연되는지 확인합니다.lazy-file: 파일 기반 페이지가 실제로 접근될 때까지 파일로부터 데이터 로딩이 지연되는지 확인합니다.
3. 메모리 매핑 파일 (Memory Mapped Files - mmap, munmap)
주요 파일: userprog/syscall.c (mmap, munmap 시스템 콜 처리), vm/file.c (파일 기반 페이지 처리 로직 연관).
테스트 그룹: tests/vm/mmap-*.c
- 핵심 기능:
mmap시스템 콜: 지정된 파일을 사용자 프로세스의 가상 주소 공간의 특정 영역에 매핑합니다.- 요청된 가상 주소 영역에 대해 SPT에 파일 기반 페이지(
VM_FILE)들을 설정합니다. 이때도 지연 로딩을 사용하여, 실제 메모리 접근이 발생할 때까지 파일 내용을 물리 메모리로 읽어오지 않습니다. - 파일 내용에 대한 읽기/쓰기 접근을 일반 메모리 접근처럼 처리할 수 있게 합니다.
- 다양한 오류 조건(잘못된 파일 디스크립터, 주소 정렬 오류, 영역 겹침, 파일 크기 초과 등)을 처리해야 합니다.
- 요청된 가상 주소 영역에 대해 SPT에 파일 기반 페이지(
munmap시스템 콜: 기존의 메모리 매핑을 해제합니다.- 매핑된 페이지들 중 내용이 변경된(dirty) 페이지가 있다면, 변경 사항을 실제 파일에 다시 기록(write-back)합니다.
- 관련된 SPT 항목들을 제거하고, 사용 중이던 물리 프레임을 반환합니다.
- 프로세스 종료 시 모든 mmap된 영역은 자동으로
munmap처리되어야 합니다.
- 주요 테스트 케이스 및 검증 내용:
mmap-read,mmap-write: 매핑된 메모리를 통한 파일 읽기 및 쓰기, 쓰기 후 파일 반영(write-back) 확인.mmap-close: 매핑 후 원본 파일 디스크립터를 닫아도 매핑이 유지되는지 확인.mmap-unmap: 정상적인 매핑 해제 및 해제 후 접근 시도 시 오류 처리.mmap-exit: 프로세스 종료 시 자동 unmap 및 dirty 페이지의 write-back.mmap-ro: 읽기 전용 매핑 후 쓰기 시도 시 오류 처리.- 각종 오류 상황 테스트:
mmap-overlap,mmap-twice,mmap-bad-fd,mmap-misalign,mmap-null,mmap-over-code/data/stk,mmap-zero,mmap-zero-len,mmap-off,mmap-kernel등등.
4. 스와핑 및 페이지 교체 (Swapping & Page Replacement)
주요 파일: vm/vm.c (또는 프레임 관리 및 페이지 교체 로직이 있는 파일), vm/anon.c (익명 페이지 스왑 처리), devices/disk.c (스왑 디스크 사용).
테스트 그룹: tests/vm/swap-*.c
- 핵심 기능:
- 물리 메모리 프레임이 부족할 때, 현재 사용되지 않는 페이지를 디스크의 스왑 공간(swap space)으로 내보내는(swap-out) 기능을 구현합니다.
- 어떤 페이지를 스왑 아웃할지 결정하는 페이지 교체 알고리즘(page replacement algorithm) (예: Clock, LRU 등)을 구현합니다.
- 스왑 아웃된 페이지에 다시 접근하려고 하면, 페이지 폴트가 발생하고, 해당 페이지의 내용을 스왑 공간에서 다시 물리 메모리로 가져옵니다(swap-in).
- *프레임 테이블(Frame Table)**을 사용하여 물리 프레임의 상태(사용 중/비어있음, 어떤 페이지와 연결되어 있는지, 교체 알고리즘을 위한 정보 등)를 관리합니다.
- 파일 기반 페이지의 경우, 스왑 아웃 시 스왑 공간 대신 원본 파일에 변경 내용을 기록할 수도 있습니다. (KAIST Pintos 명세 확인 필요)
- 주요 테스트 케이스 및 검증 내용:
swap-anon: 익명 페이지의 정상적인 스왑 아웃 및 스왑 인 동작 확인.swap-file: 파일 기반 페이지의 스왑 아웃 및 스왑 인 동작 확인.swap-iter: 반복적인 스왑 발생 시 데이터 무결성 및 시스템 안정성 확인.swap-fork:fork와 스와핑이 동시에 발생하는 복잡한 상황에서의 안정성 테스트.
5. Copy-on-Write (COW) (선택 사항/추가 기능)
주요 파일: userprog/process.c (fork 구현 시), vm/vm.c (또는 페이지 관리 로직).
테스트 그룹: tests/vm/cow-simple.c (KAIST Pintos의 경우 tests/vm/cow/ 하위에 있을 수 있음)
- 핵심 기능:
fork시스템 콜을 통해 자식 프로세스를 생성할 때, 부모의 메모리 공간을 즉시 물리적으로 복사하는 대신, 부모와 자식이 동일한 물리 프레임을 공유하도록 합니다. 이때 해당 페이지들은 읽기 전용(read-only)으로 표시됩니다.- 부모 또는 자식 프로세스가 공유된 페이지에 쓰기를 시도하면 페이지 폴트가 발생합니다.
- 이 페이지 폴트 핸들러는 해당 페이지에 대해서만 새로운 물리 프레임을 할당하고 내용을 복사한 뒤, 쓰기 작업을 허용합니다. 다른 프로세스는 여전히 이전 프레임을 (읽기 전용 또는 자신만의 복사본으로) 사용합니다.
- 이를 통해
fork의 성능을 향상시키고 메모리 사용량을 줄일 수 있습니다.
- 주요 테스트 케이스 및 검증 내용:
cow-simple:fork후 부모/자식 중 한쪽에서 공유 페이지에 쓰기를 시도할 때 COW가 정상적으로 동작하여 해당 페이지만 복사되고, 다른 쪽의 페이지는 영향을 받지 않는지 확인합니다.
코드 흐름
직접 흐름을 파악하는 것을 추천합니다. 참고용 입니다.
초기화 (System Boot & Process Creation)
main()(threads/init.c)palloc_init(): 물리 메모리 페이지 할당자 초기화 (이미 프로젝트 1, 2에서 사용).vm_init()(또는vm_anon_init,vm_file_init등): 가상 메모리 서브시스템의 전역적인 자료구조 초기화.- 프레임 테이블(Frame Table) 초기화: 물리 프레임들을 관리할 자료구조 (예: 배열, 리스트)를 준비하고, 락(lock)을 초기화합니다. (
vm/vm.c또는 유사 파일) - 스왑 공간(Swap Space) 초기화: 스왑 디스크를 찾고, 스왑 슬롯 관리를 위한 비트맵 등을 초기화합니다. (
vm/vm.c또는vm/anon.c,devices/disk.c연관)
- 프레임 테이블(Frame Table) 초기화: 물리 프레임들을 관리할 자료구조 (예: 배열, 리스트)를 준비하고, 락(lock)을 초기화합니다. (
process_create_initd()/process_exec()(userprog/process.c)- 새로운 프로세스(스레드)가 생성될 때:
thread_create()(threads/thread.c)init_thread()내부 또는 직후:- 보조 페이지 테이블(Supplemental Page Table, SPT) 초기화: 각 스레드(프로세스)별 SPT (예: 해시 테이블)를 생성하고 초기화합니다.
struct thread에 SPT 포인터 필드를 추가하고, 이 함수 내에서supplemental_page_table_init(&curr->spt)(가칭) 같은 함수를 호출합니다. (vm/vm.c또는 유사 파일)
- 보조 페이지 테이블(Supplemental Page Table, SPT) 초기화: 각 스레드(프로세스)별 SPT (예: 해시 테이블)를 생성하고 초기화합니다.
- 새로운 프로세스(스레드)가 생성될 때:
load()(userprog/process.c): 실행 파일을 메모리에 적재할 때- ELF 파일 헤더를 읽고, 코드(code) 세그먼트와 데이터(data) 세그먼트 정보를 파악합니다.
- 각 세그먼트에 대해
load_segment()함수가 호출됩니다. load_segment()내부 (수정 필요):- 기존에는
palloc_get_page()로 물리 프레임을 직접 할당하고install_page()로 매핑했습니다. - 프로젝트 3에서는:
- 세그먼트의 각 가상 페이지에 대해 보조 페이지 테이블(SPT)에 엔트리(entry)를 생성합니다.
- 이때 페이지 타입은
VM_FILE(실행 파일의 내용을 담으므로) 또는VM_UNINIT(지연 로딩을 위해)으로 설정하고, 파일 정보(실행 파일, 오프셋, 읽을 크기 등)를 함께 저장합니다. - 예:
vm_alloc_page_with_initializer(VM_FILE, upage, writable, lazy_load_segment, file_info)(가칭,vm/vm.c)
- 이때 페이지 타입은
- 물리 메모리 할당 및 파일 읽기는 페이지 폴트 발생 시로 미룹니다 (Lazy Loading). CPU의 페이지 테이블(PML4)에는 아직 매핑하지 않습니다.
- 세그먼트의 각 가상 페이지에 대해 보조 페이지 테이블(SPT)에 엔트리(entry)를 생성합니다.
- 기존에는
2. 페이지 폴트 처리 (Page Fault Handling)
- CPU가 페이지 폴트 예외 발생시킴 (잘못된 메모리 접근, 존재하지 않는 페이지 접근, 권한 없는 접근 등)
pg_fault_handler()(IDT에 등록된 핸들러,threads/intr-stubs.S에서 호출)page_fault()(userprog/exception.c) - 여기가 핵심 수정 지점입니다!- 폴트 정보 분석:
struct intr_frame *f에서 폴트가 발생한 가상 주소(fault_addr), 오류 코드(error_code), 스택 포인터(f->rsp또는 64비트에서는f->R.rsp), 유저/커널 모드 등을 가져옵니다. - 폴트 유효성 검사 (1차):
- 커널 모드에서 발생한 폴트인가? (커널 버그일 가능성, 또는 커널이 사용자 주소 접근 시)
fault_addr가 유효한 사용자 영역 주소인가? (is_user_vaddr(),pml4_get_page()로 커널 매핑 확인 등)
- 현재 스레드의 보조 페이지 테이블(SPT) 조회:
struct page *page = spt_find_page(&thread_current()->spt, fault_addr)(가칭,vm/vm.c)
- 페이지가 SPT에 없는 경우 (Case 1: Invalid Access or Stack Growth):
- 스택 확장 시도:
fault_addr가 현재 스택 포인터 근처이고, 유효한 스택 확장 범위 내인지 검사합니다. (예:fault_addr >= f->R.rsp - PUSH_SAVE_AREA이고fault_addr < USER_STACK이고USER_STACK - fault_addr <= MAX_STACK_SIZE)- Stack Growth:
vm_stack_growth(fault_addr)(가칭,vm/vm.c) 호출- 새로운 익명 페이지(
VM_ANON)를fault_addr에 해당하는 페이지 경계 주소로 SPT에 할당 (vm_alloc_page(VM_ANON, pg_round_down(fault_addr), true)). vm_claim_page()를 통해 물리 프레임을 할당받고, SPT와 프레임을 연결하고, CPU 페이지 테이블(PML4)에 매핑합니다. 성공하면page_fault()핸들러 종료.
- 스택 확장이 아니거나 실패하면, 잘못된 접근으로 간주하고 프로세스 종료 (
exit(-1)).
- Stack Growth:
- 스택 확장 시도:
- 페이지가 SPT에 있는 경우 (Case 2: Page needs to be loaded/swapped-in):
page구조체에 있는operations(함수 포인터 테이블)을 사용하여 해당 페이지 타입에 맞는 핸들러를 호출합니다.vm_handle_fault(struct page *page, void *fault_addr, bool write, struct intr_frame *f)(가칭,vm/vm.c)- 이 함수는
page->operations->fault()(예:uninit_fault,anon_fault,file_fault)를 호출할 수 있습니다. - 내부 로직 (예시 -
uninit_fault또는file_fault의 일부):- 물리 프레임 확보:
vm_get_frame()(가칭,vm/vm.c) 호출.- 만약 빈 프레임이 없다면, 페이지 교체 알고리즘(Page Replacement Algorithm) 실행 (
vm_select_victim()가칭). - 희생될 프레임(
victim_frame)의 페이지(victim_page)가 dirty하면,victim_page->operations->swap_out(victim_page)호출하여 디스크(스왑 또는 원본 파일)로 내보냄. victim_frame을 정리 (PML4에서 매핑 해제,victim_page->frame = NULL).
- 만약 빈 프레임이 없다면, 페이지 교체 알고리즘(Page Replacement Algorithm) 실행 (
- 프레임을 얻었으면(
frame),page->frame = frame; frame->page = page;연결. - 데이터 로드:
VM_UNINIT페이지:page->uninit.initializer(page, page->uninit.aux)호출 (예:lazy_load_segment실행).VM_ANON(스왑된 경우):anon_swap_in(page, frame->kva)호출.VM_FILE(스왑 또는 처음 로드):file_backed_swap_in(page, frame->kva)또는 파일에서 직접 읽기.
- CPU 페이지 테이블(PML4)에 매핑:
pml4_set_page(cur->pml4, page->va, frame->kva, page->writable)호출. - 성공적으로 처리되었으면
page_fault()핸들러 종료.
- 물리 프레임 확보:
- 이 함수는
- 폴트 유효성 검사 (2차 - 권한 등): 페이지가 이미 메모리에 있지만 쓰기 금지된 페이지에 쓰려고 했는지 (
error_code & PTE_W) 등을 확인하여 처리. 실패 시 프로세스 종료.
- 폴트 정보 분석:
3. 시스템 콜 (mmap, munmap)
syscall_handler()(userprog/syscall.c)SYS_MMAP요청 시:- 인자 유효성 검사 (주소, 길이, fd 등).
- 요청된 가상 주소 범위(
addr부터addr + length)에 대해 루프를 돌면서 각 페이지(upage) 처리:- SPT에 이미 해당
upage가 있는지 확인 (겹치면 에러). vm_alloc_page_with_initializer(VM_FILE, upage, writable, lazy_load_file_segment, file_info)(가칭) 호출하여 SPT에 파일 기반 미초기화 페이지로 등록.file_info에는 매핑할 파일, 오프셋, 읽을 바이트 수 등을 저장.
- SPT에 이미 해당
- 성공 시 매핑된 시작 주소(
addr) 반환.
SYS_MUNMAP요청 시:- 인자 유효성 검사 (매핑 식별자
mapping). mapping에 해당하는 모든 페이지들을 SPT에서 찾아 루프:struct page *page = spt_find_page(&thread_current()->spt, target_va);- 페이지의
destroy함수 호출:page->operations->destroy(page)(예:file_backed_destroy).file_backed_destroy내부:- 페이지가 dirty하고 물리 프레임에 있다면, 파일에 변경 내용을 write-back. (
file_write_at()) - 물리 프레임이 할당되어 있다면
vm_free_frame(page->frame)호출. - 페이지가 스왑 공간에 있다면
anon_free_slot()(만약 파일 기반 페이지도 스왑을 쓴다면) 호출.
- 페이지가 dirty하고 물리 프레임에 있다면, 파일에 변경 내용을 write-back. (
- SPT에서 해당 페이지 엔트리 제거.
- 인자 유효성 검사 (매핑 식별자
4. 프로세스 종료 (process_exit)
process_exit()(userprog/process.c)supplemental_page_table_kill(&thread_current()->spt)(가칭,vm/vm.c) 호출.- SPT를 순회하면서 각
struct page에 대해page->operations->destroy(page)호출하여 자원 해제 (mmap 해제, 스왑 슬롯 해제, 프레임 반납 등). - SPT 자체의 메모리도 해제.
- SPT를 순회하면서 각
pml4_destroy(curr->pml4): CPU의 페이지 테이블(PML4) 해제 (이 과정에서 프레임들도 해제될 수 있음).
5. 프레임 관리 및 페이지 교체 (Frame Management & Eviction)
vm_get_frame()(가칭,vm/vm.c): 새로운 물리 프레임을 요청할 때 호출됨 (주로 페이지 폴트 핸들러에서).palloc_get_page(PAL_USER)로 사용자 풀에서 프레임 할당 시도.- 성공하면 해당 프레임을 프레임 테이블에 등록하고 반환.
- 실패하면 (물리 메모리 부족):
vm_evict_frame()또는vm_select_victim()(가칭) 호출하여 페이지 교체 알고리즘 실행.- 프레임 테이블을 순회하며 교체 대상 프레임(희생양, victim) 선택 (예: Clock 알고리즘).
- Pinned된 프레임은 건너뜀.
- 선택된
victim_frame에 연결된victim_page를 처리:- CPU 페이지 테이블에서
victim_page의 매핑 제거 (pml4_clear_page()). victim_page->operations->swap_out(victim_page)호출하여 디스크로 내보내기. (dirty 비트 확인)victim_page->frame = NULL;(연결 해제)
- CPU 페이지 테이블에서
- 이제
victim_frame은 비었으므로, 이 프레임을 현재 요청한 페이지를 위해 사용. 프레임 테이블 정보 업데이트 후 반환.
vm_free_frame(struct frame *frame)(가칭,vm/vm.c): 프레임이 더 이상 필요 없을 때 (예: 페이지가 destroy될 때).- 프레임 테이블에서 해당 프레임 정보 제거 또는 상태 변경.
palloc_free_page(frame->kva).
프로젝트 3의 핵심 기능들에 대한 대략적인 코드 흐름. 실제로 구현할 때는 include/vm/vm.h에 정의된 struct page, struct frame, struct page_operations 등의 자료구조를 중심으로 각 함수들을 채워나가기
특히 vm_alloc_page_with_initializer, vm_claim_page, spt_find_page, vm_handle_fault, vm_get_frame, 페이지 타입별 initializer, fault, swap_in, swap_out, destroy 함수들이 주로 구현하게 될 부분
개발 블로그 맞음.