分页管理调试

一、分页管理原理

基本概念：
- 物理内存被划分为固定大小的页框（Page Frame），逻辑地址空间被划分为相同大小的页（Page）。
- 通过页表（Page Table）实现逻辑地址到物理地址的映射。
- 逻辑地址 = 页号（Page Number） + 页内偏移（Offset）。
- 页表存储页号到物理页框号的映射关系。
地址转换流程：
1. CPU生成逻辑地址。
2. 提取页号和页内偏移。
3. 查询页表获取物理页框号。
4. 物理地址 = 物理页框号 × 页大小 + 页内偏移。
关键问题：
- 页表存储开销大（多级页表解决）。
- 地址转换速度（TLB缓存加速）。

二、分页管理模拟代码（C语言）

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>#define PAGE_SIZE 4096     // 页大小4KB
#define PAGE_TABLE_SIZE 1024 // 页表条目数// 页表项结构
typedef struct {int valid;  // 有效位int frame;  // 物理页框号
} PageTableEntry;PageTableEntry page_table[PAGE_TABLE_SIZE]; // 页表// 初始化页表
void init_page_table() {for (int i = 0; i < PAGE_TABLE_SIZE; i++) {page_table[i].valid = 0; // 初始化为无效page_table[i].frame = -1;}
}// 逻辑地址转物理地址
int logical_to_physical(int logical_addr) {int page_number = logical_addr / PAGE_SIZE;int offset = logical_addr % PAGE_SIZE;if (page_table[page_number].valid) {return page_table[page_number].frame * PAGE_SIZE + offset;} else {printf("Page Fault! Page %d not in memory.\n", page_number);return -1; // 触发缺页中断}
}int main() {init_page_table();// 模拟页表映射：页号2 -> 物理帧5page_table[2].valid = 1;page_table[2].frame = 5;// 测试地址转换int logical_addr = 8192; // 页号=2, 偏移=0int physical_addr = logical_to_physical(logical_addr);if (physical_addr != -1) {printf("Logical: 0x%x -> Physical: 0x%x\n", logical_addr, physical_addr);}return 0;
}

三、GDB调试步骤

编译代码：
```
gcc -g paging_demo.c -o paging_demo
```
启动GDB：
```
gdb ./paging_demo
```

关键调试命令：

(gdb) break logical_to_physical    # 在转换函数设置断点
(gdb) run                         # 运行程序
(gdb) print logical_addr          # 查看逻辑地址值
(gdb) print page_number           # 观察计算的页号
(gdb) x/4x &page_table[2]         # 检查页表项内容
(gdb) step                        # 单步执行观察分支跳转
(gdb) print physical_addr         # 查看转换结果

调试输出示例：

Breakpoint 1, logical_to_physical (logical_addr=8192) at paging_demo.c:23
23          int page_number = logical_addr / PAGE_SIZE;
(gdb) print page_number
$1 = 2
(gdb) x/4x &page_table[2]
0x4040a0 <page_table+16>: 0x00000001      0x00000005  # valid=1, frame=5