6.4 KiB
6.4 KiB
MVP TODO - Unity 虚拟地址寻址模拟
此为 MVP 实现，时间要求紧，不需要太考虑代码结构，需要跨脚本访问的内容全用单例也没问题
0. 需求冻结（已确认）
- 模式：单次地址翻译可视化 + 批量访问统计
- 系统位数：仅支持
32 / 48 / 64 - 页大小输入：仅支持
2^n KB - 访问次数
N：可配置 - TLB：全相联 + LRU，条目数可配置，默认
16 - 页表：固定二级页表（稀疏结构）
- 物理内存输入：
MB（自动换算帧数） - 缺页替换：FIFO
- 指标：TLB 命中率 / 页表命中率 / 缺页次数 / 平均访问开销
- 交互：单步 / 连续播放 / 重置
- 可视化：表格高亮 + 日志时间线 + 简单流程动画
- 技术栈：Unity 2022 + C#
1. 总体分步计划
- Step 1：参数与核心数据模型
- Step 2：地址生成与拆分
- Step 3：TLB（LRU）实现
- Step 4：二级页表与缺页/FIFO
- Step 5：翻译引擎（单步状态机）
- Step 6：统计模块
- Step 7：UI 绑定与流程动画
- Step 8：联调、测试、验收
2. Step 1 - 参数与核心数据模型
TODO
- 创建脚本目录：
Assets/Scripts/Core、Assets/Scripts/Simulation、Assets/Scripts/UI - 新建
SimulationConfig.cs：定义可输入参数 - 新建
ConfigValidator.cs：参数合法性校验 - 新建
AddressParts.cs：保存VPN / offset / L1Index / L2Index - 新建
SimulationState.cs：保存当前轮次、当前虚拟地址、是否缺页等
输入字段（MVP）
vaBits：32|48|64pageSizeKB：2^nphysicalMemoryMB：正整数tlbEntries：正整数，默认16accessCount：正整数pageFaultPenalty：默认100（抽象开销单位）
校验规则
pageSizeKB必须是 2 的幂offsetBits = log2(pageSizeBytes)且offsetBits < vaBitsframeCount = floor(physicalMemoryBytes / pageSizeBytes)且frameCount >= 1- 非法输入返回明确错误文本（用于 UI 提示）
完成标准
- 给定任意合法参数，能计算全部派生参数并通过校验
- 任意非法输入都能得到可读错误信息
3. Step 2 - 地址生成与拆分
TODO
- 新建
AddressGenerator.cs：生成[0, 2^vaBits - 1]范围虚拟地址 - 新建
AddressTranslatorUtils.cs：拆分VPN + offset - 实现二级页表索引位拆分
拆分规则
vpnBits = vaBits - offsetBitsl1Bits = ceil(vpnBits / 2)l2Bits = floor(vpnBits / 2)- 从
VPN拆出L1Index和L2Index
完成标准
- 控制台可打印每次地址拆分结果
- 32/48/64 三种位数下拆分结果均正确
4. Step 3 - TLB（全相联 + LRU）
TODO
- 新建
TlbEntry.cs：VPN -> PFN映射及有效位 - 新建
TlbCache.cs：查询、更新、淘汰 - 使用
Dictionary + LinkedList实现 O(1) 级 LRU
行为要求
Lookup(vpn)：命中返回 PFN，未命中返回失败InsertOrUpdate(vpn, pfn)：已存在则更新并置为最近使用- 超出容量时淘汰最久未使用项
完成标准
- 构造用例可验证 LRU 淘汰顺序正确
- 连续访问时命中统计准确
5. Step 4 - 二级页表 + 缺页 + FIFO
TODO
- 新建
TwoLevelPageTable.cs：Dictionary<L1, Dictionary<L2, PTE>> - 新建
PageTableEntry.cs：PFN / present / dirty(可选) - 新建
PhysicalMemoryManager.cs：空闲帧管理 + FIFO 队列 - 缺页时分配空闲帧；无空闲帧时 FIFO 淘汰
- 淘汰后同步页表项状态（
present = false）
行为要求
- 页表命中：TLB 未命中后，页表中有
present = true映射 - 缺页：页表不存在或
present = false - 装入页面后写回页表并更新 TLB
完成标准
- 能稳定运行大量访问（例如
N=10000）无崩溃 - FIFO 次序可从日志中验证
6. Step 5 - 翻译引擎（单步状态机）
TODO
- 新建
TranslatorEngine.cs - 定义步骤枚举：
GenerateVASplitVALookupTLBLookupPageTableHandlePageFaultComposePAFinalize- 提供
StepOnce()与RunOneAccess()两种执行接口
完成标准
- 单步执行能暂停在每个阶段并暴露当前状态
- 一次完整访问流程结果与预期一致
7. Step 6 - 统计模块
TODO
- 新建
StatsCollector.cs - 累计：
totalAccess、tlbHit、pageTableHit、pageFault - 计算：
tlbHitRate、pageTableHitRate、avgCost
开销模型（MVP）
- TLB 命中：
+1 - TLB miss + 页表命中：
+4 - 缺页：
+4 + pageFaultPenalty
完成标准
- 指标在单步和批量模式下都持续更新
- 批量完成后给出最终汇总
8. Step 7 - UI 绑定与流程动画
TODO
- 新建主场景
Main.unity - 参数面板：位数/页大小/物理内存/TLB条目/N/开销参数
- 控制按钮：
单步、连续播放、暂停、重置 - 流程节点 UI：当前步骤高亮（颜色 + 轻动画）
- 表格区：TLB、页表关键条目、FIFO 队列
- 日志时间线：每次访问的关键事件文本
- 指标区：四项核心指标实时显示
完成标准
- UI 上可完整观察一次访问的每个阶段
- 连续播放期间 UI 不冻结，可暂停/恢复
9. Step 8 - 联调、测试、验收
测试清单
- 参数边界：最小/最大可接受输入
- 位数覆盖：32/48/64 各跑一轮
- 页大小覆盖：多个
2^n KB值 - 小样本可视化：
N=10 - 大样本稳定性：
N=10000 - TLB 容量边界：
1、16、大值 - 物理内存极小场景：高缺页率验证 FIFO
验收标准
- 功能覆盖需求冻结清单
- 四项指标数值可解释且趋势合理
- 单步、连续播放、重置均可稳定使用
- 控制台无持续异常错误
10. 预计工时（MVP）
- Step 1-2：4-6 小时
- Step 3-4：6-10 小时
- Step 5-6：3-5 小时
- Step 7：6-8 小时
- Step 8：2-4 小时
- 合计：约 21-33 小时（约 3-4.5 天）
11. 首日执行建议（直接开工）
- 先完成 Step 1（参数模型 + 校验）
- 紧接 Step 2（地址拆分）
- 当天收尾前完成 Step 3（TLB LRU 最小可运行）