操作系统中的存储管理是确保高效运行的关键部分，尤其是在现代操作系统中，虚拟内存的使用使得内存管理变得更为复杂。本实验——“学习Exam03实验3统计操作系统缺页次数”旨在帮助学生深入理解存储管理的原理，特别是分页、虚拟内存以及按需调页的概念。
分页是操作系统将物理内存划分为固定大小的块，称为页面，以便更好地管理和分配内存。当进程试图访问的数据不在当前内存中的页面时，会发生缺页中断。缺页中断是操作系统为了处理这种情况而设计的一种机制，它会触发一个异常，导致控制权转移至操作系统内核，以便将缺失的页面从磁盘加载到内存中。
虚拟内存是一种使每个进程都感觉自己拥有整个物理内存的技术，即使实际上物理内存远小于所有进程的总需求。在Linux中，虚拟内存通过映射虚拟地址到物理地址实现，允许进程访问超出实际物理内存限制的地址空间。这种机制允许进程按需调页，即仅在需要时才将数据从磁盘加载到内存，从而提高了资源利用率。
实验内容分为两个部分：第一部分统计自内核启动以来到当前时间的缺页次数和时间，第二部分则统计未来一段时间内的缺页中断次数。为了实现这些统计，实验要求学生熟悉Linux内核源代码，尤其是与存储管理相关的部分。
在实验原理中，实验者通过在`do_page_fault`函数中增加一个全局变量`pfcount`来记录缺页次数。`do_page_fault`是在每次发生缺页中断时被调用的服务函数。此外，利用系统变量`jiffies`来跟踪系统自启动以来的时间，`jiffies`是一个以毫秒为单位的定时器，从内核加载后开始计数。
为了使统计功能生效，需要在`include/linux/mm.h`中声明`pfcount`，并在`arch/i386/mm/fault.c`中定义它，并在缺页中断发生时递增。同时，通过在`kernel/time.c`中导出`pfcount`和`jiffies`，使得内核模块可以读取这两个变量。为了读取这些变量，还需要创建一个内核模块（例如`pf.c`），并编译一个新的内核镜像，然后重新启动系统以加载新内核。
这个实验不仅提供了实践经验，还强调了对Linux内核源代码的理解和修改，这对于理解操作系统的工作原理以及如何优化内存管理至关重要。通过这样的实践，学生可以更深入地掌握操作系统存储管理的核心概念，如分页、虚拟内存的运作机制，以及如何通过内核模块实现对系统状态的监控。
