Ucore-操作系統(tǒng)實驗二

1、張鵬飛 計科1302班 201308010213實驗二、物理內(nèi)存管理一、 實驗?zāi)康膌 理解基于段頁式內(nèi)存地址的轉(zhuǎn)換機制l 理解頁表的建立和使用方法l 理解物理內(nèi)存的管理方法二、 實驗內(nèi)容本次實驗包含三個部分。 首先了解如何發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中的物理內(nèi)存；然后了解如何建立對物理內(nèi)存的初步管理， 即了解連續(xù)物理內(nèi)存管理；最后了解頁表相關(guān)的操作， 即如何建立頁表來實現(xiàn)虛擬內(nèi)存到物理內(nèi)存之間的映射， 對段頁式內(nèi)存管理機制有一個比較全面的了解。 本實驗里面實現(xiàn)的內(nèi)存管理還是非?；镜?， 并沒有涉及到對實際機器的優(yōu)化， 比如針對 cache 的優(yōu)化等。 三、 實驗要求基于markdown格式來完成，以文本方式為主填

2、寫各個基本練習中要求完成的報告內(nèi)容完成實驗后，請分析ucore_lab中提供的參考答案，并請在實驗報告中說明你的實現(xiàn)與參考答案的區(qū)別列出你認為本實驗中重要的知識點，以及與對應(yīng)的OS原理中的知識點，并簡要說明你對二者的含義，關(guān)系，差異等方面的理解（也可能出現(xiàn)實驗中的知識點沒有對應(yīng)的原理知識點）列出你認為OS原理中很重要，但在實驗中沒有對應(yīng)上的知識四、 實驗流程概述內(nèi)存管理相關(guān)的總體控制函數(shù)是pmm_init函數(shù)， 它完成的主要工作包括：1. 初始化物理內(nèi)存頁管理器框架pmm_manager2. 建立空閑的page鏈表，分配以頁（4KB）為單位的內(nèi)存3. 檢查物理內(nèi)存頁分配算法4.建立一個臨時二級

3、頁表5. 建立一一映射關(guān)系的二級頁表；6. 使能分頁機制；7. 從新設(shè)置全局段描述符表；8. 取消臨時二級頁表；9. 檢查頁表建立是否正確；10. 通過自映射機制完成頁表的打印輸出五、 實驗練習練習一、first-fit連續(xù)內(nèi)存分配（1）用雙向鏈表結(jié)構(gòu)來表示每個頁:（2）管理物理頁的Page數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu):（3）物理內(nèi)存頁管理器順著雙向鏈表進行搜索空閑內(nèi)存區(qū)域，直到找到一個足夠大的空閑區(qū)域，這是一種速度很快的算法，因為它盡可能少地搜索鏈表。如果空閑區(qū)域的大小和申請分配的大小正好一樣，則把這個空閑區(qū)域分配出去，成功返回;否則將該空閑區(qū)分為兩部分，一部分區(qū)域與申請分配的大小相等，把它分配出去，剩下的一部

4、分區(qū)域形成新的空閑區(qū)。其釋放內(nèi)存的設(shè)計思路很簡單，只需把這塊區(qū)域重新放回雙向鏈表（4）、default_init_memmap()（5）default_alloc_pages()練習二、查找虛擬地址對應(yīng)頁表項（1）pde_t全稱為 page directory entry，也就是一級頁表的表項（注意：pgdir實際不是表 項，而是一級頁表本身。實際上應(yīng)該新定義一個類型pgd_t來表示一級頁表本身）。pte t全 稱為 page table entry，表示二級頁表的表項。uintptr t表示為線性地址，由于段式管理只做直接映射，所以它也是邏輯地址。pgdir給出頁表起始地址。通過查找這個頁表

5、，我們需要給出二級頁表中對應(yīng)項的地址。 雖然目前我們只有boot_pgdir一個頁表，但是引入進程的概念之后每個進程都會有自己的頁 表。（2）有可能根本就沒有對應(yīng)的二級頁表的情況，所以二級頁表不必要一開始就分配，而是等到需要的時候再添加對應(yīng)的二級頁表。如果在查找二級頁表項時，發(fā)現(xiàn)對應(yīng)的二級頁表不存在，則需要根據(jù)create參數(shù)的值來處理是否創(chuàng)建新的二級頁表。如果create參數(shù)為0，則get_pte返回NULL；如果create參數(shù)不為0，則get_pte需要申請一個新的物理頁（通過alloc_page來實現(xiàn)，可在mm/pmm.h中找到它的定義），再在一級頁表中添加頁目錄項指向表示二級頁表的新

6、物理頁。注意，新申請的頁必須全部設(shè)定為零，因為這個頁所代表的虛擬地址都沒有被映射。（3）當建立從一級頁表到二級頁表的映射時，需要注意設(shè)置控制位。這里應(yīng)該設(shè)置同時設(shè)置 上PTE_U、PTE_W和PTE_P（定義可在mm/mmu.h）。如果原來就有二級頁表，或者新建立了頁表，則只需返回對應(yīng)項的地址即可。（4）相應(yīng)代碼如下：練習三、釋放虛擬地址所在頁,并取消對應(yīng)二級頁表映射（1）判斷此頁被引用的次數(shù)，如果僅僅被引用一次，則這個頁也可以被釋放。否則，只能釋放頁表入口。（2）相關(guān)代碼如下:（3）實驗結(jié)果：六、 實驗心得1、通過本次實驗，對X-86的內(nèi)存的管理的分頁機制有了深入的理解2、x86特權(quán)級CPL：當前特權(quán)級