操作系统原理.pptx

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1、操作系统原理实验,四、虚拟内存,实验目的,理解EPOS内核的重定位理解虚拟内存的初始化过程掌握页表和页目录的构造掌握page fault的处理掌握物理内存的管理掌握页面置换算法,重定位EPOS内核,EPOS被链接到地址（3GB+1MB）从eposkrnl.map可知道（0 xc0100000=3GB+1MB）然而，EPOS被GRUB加载到物理地址为1MB的内存运行即链接地址加载地址因此，EPOS需要初始化虚拟内存，然后把自己重定位到链接的地址上去运行,重定位EPOS内核,思考题在初始化虚拟内存之前，不能访问任何（显式或隐式的）全局变量，但可以进行函数调用。为什么？例如，不能调用printk(“

2、foo bar%d”,i)，其中的字符串“foo bar%d”会被当作全局变量保存,初始化虚拟内存,ROM BIOS,EPOS,R(_end),FreeRAM,机器信息struct multiboot_info(multiboot.h),0 xA-0000,0 x10-0000,0,内核入口_entry(entry.S),GRUB加载EPOS之后、将控制传给EPOS之前的布局,RAM,ROM BIOS,EPOS,FreeRAM,A-0000,10-0000,0,Page dir.,20 Page tables,1023770769768767210,102310,102310,ROM BIOS

3、,EPOS,ROM BIOS,EPOS,虚拟地址空间,C000-0000,0,FFFF-FFFF,Page dir.,20 Page tables,BFC0-0000,BFEF-F000,PT,PTD,physfree,static uint32_t init_paging(uint32_t physfree)uint32_t i,*pgdir,*pte;,pgdir=(uint32_t*)physfree;physfree+=PAGE_SIZE;memset(pgdir,0,PAGE_SIZE);,for(i=0;i PGDR_SHIFT)/*768*/=physfree|PTE_V|PTE

4、_RW;memset(void*)physfree,0,PAGE_SIZE);physfree+=PAGE_SIZE;,pte=(uint32_t*)(PAGE_TRUNCATE(pgdir0);for(i=0;i PAGE_SHIFT=(i)|PTE_V|PTE_RW;,pgdir(KERNBASEPGDR_SHIFT)-1=(uint32_t)(pgdir)|PTE_V|PTE_RW;,pgdir,_asm_ _volatile_(movl%0,%eaxnt movl%eax,%cr3nt movl%cr0,%eaxnt orl$0 x80000000,%eaxnt movl%eax,%c

5、r0nt“:m(pgdir):%eax”);return physfree;,void cstart(uint32_t magic,uint32_t addr)if(77)uint32_t i;for(i=0;i NR_KERN_PAGETABLE/*20*/;i+)PTDi=0;invltlb();/*refresh TLB*/,物理地址空间,BFF0-0000,20 Page tables,ROM BIOS,EPOS,虚拟地址空间,C000-0000,0,FFFF-FFFF,Page dir.,20 Page tables,BFC0-0000,BFEF-F000,PT,PTD,ROM BI

6、OS,EPOS,FreeRAM,A-0000,10-0000,0,Page dir.,20 Page tables,物理地址空间,void cstart(uint32_t magic,uint32_t addr)if(78)/reserve and commit freemap if(79)/reserve kernel heap for kmalloc/kfree,freemap,freemap,Kernel heap,freemap用于管理空闲的物理内存，一个页面用一个字节来记录，0表示空闲，非0表示已被占用。,内核堆（kernel heap）用于内核运行过程中内存的动态分配（kmallo

7、c）与回收（kfree）。,BFF0-0000,初始化虚拟内存系统,思考题对于freemap，不仅为它保留了地址空间，而且映射到了物理内存。而对于内核堆（kernel heap），为什么只保留了地址空间，并未映射到物理内存？,处理Page Fault,int do_page_fault(struct context*ctx,uint32_t vaddr,uint32_t code)-page.cctx 发生page fault时的现场vaddr 触发page fault的虚拟地址code page fault异常代码，如下图所示,处理Page Fault,思考题阅读page.c中的函数do_p

8、age_fault，理解page fault的处理流程和方法。提示：虚拟地址空间中最低的4MB被保留作为NULL指针vtopte(vaddr)：是一个宏定义，用于获取虚拟地址vaddr对应的页表项（PTE）的指针invlpg：invalidate TLB entry,ROM BIOS,EPOS,虚拟地址空间,C000-0000,0,FFFF-FFFF,Page dir.,BFC0-0000,BFEF-F000,USER_MAX_ADDR,KERN_MIN_ADDR,freemap,Kernel heap,400-0000,NULL,USER_MIN_ADDR,KERN_MAX_ADDR,20

9、Page tables,BFF0-0000,实验内容,增加两个系统调用，获取系统的ticksticks记录了EPOS启动以来定时器中断的次数，可以用于粗略的计时请参考timer.c获取系统已经触发的page fault的次数自行实现在app/main.c中创建一个新线程tsk_loop为tsk_loop申请5MB的栈在tsk_loop中，定义局部变量int arr10241024sizeof(arr)=sizeof(int)*1024*1024=4MB;,实验内容,tsk_loop分别执行如下两个循环for(i=0;i 1024;i+)for(j=0;j 1024;j+)arrij=i-j;for(j=0;j 1024;j+)for(i=0;i 1024;i+)arrij=i-j;比较两个循环的执行时间和触发的page fault次数注意在循环体的后面，必须得引用数组arr里面的某个元素，以避免编译器把局部变量arr优化掉！线程函数的最后，一定要调用task_exit，不能直接return！,Thats allEnjoy hacking,