计算机系统概论 作业4

1. 某代码由 foo.c 与 bar.c 构成. 内容如下:

   /* foo.c */ 
   void p2(void); 
   int main(){ 
   	p2(); 
   	return 0; 
   }

   /* bar.c */ 
   #include <stdio.h> 
   extern char main; 
   void p2(){ 
   	printf("0x%x\n", (int)main); 
   }

   ( 具体取决于编译器实现 )

   1) 请问能否正常联合编译? 如果可以联合编译则运行结果如何? 请说明你给出的回答的理由.

   答: 可以正常联合编译. 运行结果为编译后 main() 函数的地址. 因为 main 函数在 bar.c 中声明, 联合编译后 p2() 函数会输出变量 main 存储的值, 即编译后 main() 函数的地址.

   2) 如果去掉 bar.c 中的 extern 关键字, 能否正常联合编译? 如果可以联合编译则运行结果如何? 请说明你给出的回答的理由.

   答: 可以正常联合编译. 运行结果为编译后 main() 函数的地址. (因为 main 为强定义, 会覆盖未初始化的弱定义 char main, 链接时不在乎类型.) 删去之后联合编译, 会在 foo.c 中得到其定义, 联合编译后 p2() 函数会输出 main() 函数的地址.

2. 对于如下代码 foo.c, 如果编译为 foo.o, 那么在 elf 文件的以下段中, 会出现哪些符号? (如果有多种合法分布情况, 则任意给出一种即可).

   3   extern int add(int a, int b); 
   4
   5   inline int process(int *v1, int *v2, int *v3) { 
   6       *v3 = add(*v1, *v2); 
   7   } 
   8 
   9   int a[100]; 
   10  extern int b[100]; 
   11  static int c[100]; 
   12 
   13  int total_process() {
   14      for (int i = 0;i < 100; i++) { 
   15          process(a+i, b+i, c+i); 
   16      } 
   17  }

   ( gcc 的内联函数需为 static inline. )

   .bss: a, b, c.
   .data: 无. 
   .text: total_process.
   .symtab: add, process, a, b, c.

   其中对于 total_process 函数中用到的符号, 哪些会在编译期被定位, 哪些会在链接期被定位?

   编译期定位的符号: i, total_process.
   链接期定位的符号: a, b, c.

3. 下面的问题涉及虚拟地址转换为物理地址

   • 内存是字节可寻址的
   • 内存访问是针对 1 字节的字(即本题的 word 就是 1 个 byte)
   • 虚拟地址 16 位宽 / 物理地址 14 位
   • 页面大小为 1024 字节
   • TLB 是 4 路组相联 (4-way set associative), 共有 16 个表项

   在下表中, 所有数字都是十六进制的. 前 32 页的 TLB 和页表内容如下：

   

   1) 下面的框显示了虚拟地址的格式. 指出字段用于确定以下内容: VPO / VPN / TLBI / TLBT

   VPN: 15 - 10
   VPO: 9 - 0
   TLBI: 11 - 10
   TLBT: 15 - 12

   类似的标注出物理地址的格式: PPO / PPN

   PPN: 13 - 10
   PPO: 9 - 0

   2) 对于给定的两个虚拟地址 (0x2F09、0x0C53), 请分别表示出相应的 TLB 表项和物理地址, 并指出 TLB 是否命中、是否发生 page fault. 如 page fault, 请在 PPN 中输入 -, C 部分留白.

   答:

   0x2F09:

   A:
       Virtual Address:
       0010 1111 0000 1001
   B:
       VPN: 0x0B
       TLB Index: 0x3
       TLB Tag:0x2
       TLB Hit: No (注意这个 Hit!)
       Page Fault: Yes
       PPN: -
   C:
       Physical Address:
       留白.

   0x0C53:

   A:
       Virtual Address:
       0000 1100 0101 0011
   B:
       VPN: 0x03
       TLB Index: 0x3
       TLB Tag:0x0
       TLB Hit: Yes
       Page Fault: No
       PPN: 0xD
   C:
       Physical Address:
       11 0100 0101 0011

4. 程序运行之前需要为程序分配对应的内存空间, 并为内存空间赋予一定的初始值和属性, 下表为 x86 架构下用户空间的内存映射关系. 请填写下表, 并说明可执行文件对应的段 (.data, .bss, .init, .rodata, .text) 段分别会被以什么属性映射到哪部分内存空间中.

   | 内存起始地址 | 内存类型 | 内存初始值 | 内存属性 |
   | :—————————: | :—————————: | :———————————————————-: | :—————: |
   | 0xFFFFFFFF | 内核地址 | 系统决定 | 不可读不可写 |
   | 0xC0000000 | 栈 | 0(默认) | 可读可写 |
   | 由可执行文件决定 | 共享库内存映射区 | 共享库文件与可执行文件决定 | 只读 |
   | 0x40000000 | 运行时堆空间 | 操作系统决定 | 可读可写 |
   | 由可执行文件决定 | 可读写数据段 | .data由可执行文件决定,
   .bss为 0 | 可读可写 |
   | 由可执行文件决定 | 只读数据 | 可执行文件决定 | 只读 |
   | 0x08048000 | 保留内存地址 | | |

   .data:  可读可写  映射到可读写数据段.
   .bss:  可读可写  映射到可读写数据段.
   .text:  只读  映射到只读数据.