实验任务
练习¶
为了实现lab2的目标,lab2提供了3个基本练习和2个扩展练习,要求完成实验报告。 注意有“LAB2”的注释,代码中所有需要完成的地方(challenge除外)都有“LAB2”和“YOUR CODE”的注释
对实验报告的要求: - 基于markdown格式来完成,以文本方式为主 - 填写各个基本练习中要求完成的报告内容 - 完成实验后,请分析ucore_lab中提供的参考答案,并请在实验报告中说明你的实现与参考答案的区别 - 列出你认为本实验中重要的知识点,以及与对应的OS原理中的知识点,并简要说明你对二者的含义,关系,差异等方面的理解(也可能出现实验中的知识点没有对应的原理知识点) - 列出你认为OS原理中很重要,但在实验中没有对应上的知识点
练习1:实现 first-fit 连续物理内存分配算法(需要编程)¶
在实现first fit内存分配算法的回收函数时,要考虑地址连续的空闲块之间的合并操作。提示:在建立空闲页块链表时,需要按照空闲页块起始地址来排序,形成一个有序的链表。可能会修改default_pmm.c中的default_init,default_init_memmap,default_alloc_pages,default_free_pages等相关函数。请仔细查看和理解default_pmm.c中的注释。
注意,目前实验提供的代码已经可以运行,但希望读者在理解的基础上能自己重新实现有关函数。
请在实验报告中简要说明你的设计实现过程。请回答如下问题: - 你的first fit算法是否有进一步的改进空间
练习2:实现寻找虚拟地址对应的页表项(需要编程)¶
通过设置页表和对应的页表项,可建立虚拟内存地址和物理内存地址的对应关系。其中的get_pte函数是设置页表项环节中的一个重要步骤。此函数找到一个虚地址对应的二级页表项的内核虚地址,如果此二级页表项不存在,则分配一个包含此项的二级页表。本练习需要补全get_pte函数(kern/mm/pmm.c中),实现其功能。请仔细查看和理解get_pte函数中的注释。get_pte函数的调用关系图如下所示:
图1 get_pte函数的调用关系图
请在实验报告中简要说明你的设计实现过程。请回答如下问题: - 请描述页目录项(Page Directory Entry)和页表项(Page Table Entry)中每个组成部分的含义以及对ucore而言的潜在用处。 - 如果ucore执行过程中访问内存,出现了页访问异常,请问硬件要做哪些事情?
练习3:释放某虚地址所在的页并取消对应二级页表项的映射(需要编程)¶
当释放一个包含某虚地址的物理内存页时,需要让对应此物理内存页的管理数据结构Page做相关的清除处理,使得此物理内存页成为空闲;另外还需把表示虚地址与物理地址对应关系的二级页表项清除。请仔细查看和理解page_remove_pte函数中的注释。为此,需要补全在kern/mm/pmm.c中的page_remove_pte函数。page_remove_pte函数的调用关系图如下所示:
图2 page_remove_pte函数的调用关系图
请在实验报告中简要说明你的设计实现过程。请回答如下问题: - 数据结构Page的全局变量(其实是一个数组)的每一项与页表中的页目录项和页表项有无对应关系?如果有,其对应关系是啥? - 如果希望虚拟地址与物理地址相等,则需要如何修改lab2,完成此事? 鼓励通过编程来具体完成这个问题
扩展练习Challenge:buddy system(伙伴系统)分配算法(需要编程)¶
Buddy System算法把系统中的可用存储空间划分为存储块(Block)来进行管理, 每个存储块的大小必须是2的n次幂(Pow(2, n)), 即1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128...
- 参考伙伴分配器的一个极简实现, 在ucore中实现buddy system分配算法,要求有比较充分的测试用例说明实现的正确性,需要有设计文档。
扩展练习Challenge:任意大小的内存单元slub分配算法(需要编程)¶
slub算法,实现两层架构的高效内存单元分配,第一层是基于页大小的内存分配,第二层是在第一层基础上实现基于任意大小的内存分配。可简化实现,能够体现其主体思想即可。
- 参考linux的slub分配算法/,在ucore中实现slub分配算法。要求有比较充分的测试用例说明实现的正确性,需要有设计文档。
Challenges是选做,做一个就很好了。完成Challenge的同学可单独提交Challenge。完成得好的同学可获得最终考试成绩的加分。