深入浅出解析 MIT 6.s081 Lab3 内存分页技术

2023-10-02 15:14:32

内存分页概述

内存分页是一种计算机系统中常用的内存管理技术，它将物理内存划分为固定大小的页，并使用页表将虚拟内存地址映射到物理内存地址。这样，即使一个进程的虚拟地址空间很大，它也不需要一次性全部加载到物理内存中，只需要加载当前正在使用的页即可。这可以大大提高内存的利用率，并减少进程切换时的开销。

实验内容介绍

MIT 6.s081 Lab3 实验旨在让学生亲手实现内存分页技术。实验要求学生在 JOS 操作系统中添加内存分页功能，并通过一系列测试来验证其实现的正确性。实验分为了多个步骤，每个步骤都对应着不同的任务，例如：

在 kernel/proc.c 文件中添加对页表的支持。
在 kernel/vm.c 文件中添加对虚拟内存的支持。
在 kernel/defs.h 文件中添加对页表的定义。
在 kernel/entry.S 文件中添加对分页的支持。

实验步骤详解

1. 添加对页表的支持

在 kernel/proc.c 文件中，需要添加对页表的支持。具体来说，需要完成以下任务：

定义页表结构体。
在进程结构体中添加一个指向页表的指针。
在 proc_create() 函数中为每个进程创建一个页表。
在 proc_switch() 函数中切换页表。

2. 添加对虚拟内存的支持

在 kernel/vm.c 文件中，需要添加对虚拟内存的支持。具体来说，需要完成以下任务：

定义虚拟内存地址空间结构体。
在进程结构体中添加一个指向虚拟内存地址空间的指针。
在 vm_init() 函数中初始化虚拟内存地址空间。
在 vm_map() 函数中将虚拟内存地址映射到物理内存地址。
在 vm_unmap() 函数中取消虚拟内存地址和物理内存地址的映射。

3. 添加对页表的定义

在 kernel/defs.h 文件中，需要添加对页表的定义。具体来说，需要完成以下任务：

定义页表项结构体。
定义页表结构体。
定义页表大小。

4. 添加对分页的支持

在 kernel/entry.S 文件中，需要添加对分页的支持。具体来说，需要完成以下任务：

在 page_fault() 函数中处理页错误。
在 tlb_invalidate() 函数中使 TLB 无效。

实验总结

通过完成 MIT 6.s081 Lab3 实验，学生可以亲手实现内存分页技术，并深入理解内存管理和操作系统原理。实验分为了多个步骤，每个步骤都对应着不同的任务，学生需要按照步骤逐一完成。实验的参考资料提供了详细的讲解和代码示例，可以帮助学生更好地理解实验内容。通过完成这个实验，学生可以巩固自己在内存管理和操作系统方面的知识，并为未来的学习和工作打下坚实的基础。