UCORE Lab3 操作系统实验

简介：
UCORE Lab3操作系统实验是针对计算机专业学生设计的一门课程实践环节，旨在通过实际操作加深对操作系统原理的理解和掌握。参与者将亲手搭建并优化一个简化版的操作系统内核，从而获得宝贵的实践经验。 ucore实验LAB3的核心内容是虚拟内存管理，其中包括Page Fault异常处理以及页替换算法的实现。在操作系统中，虚拟内存管理是一项关键技术，它通过将虚拟地址映射到物理地址来实现对内存的有效管理。这一过程中需要了解页表和页目录项的作用，并对其进行操作以支持虚拟内存的管理。 实验LAB3中的一个重要任务是对Page Fault进行处理。当CPU试图访问一个不在物理内存中的虚拟地址时就会发生Page Fault异常。操作系统必须通过某种方式解决这个异常，通常是从磁盘加载数据到物理内存中。这需要详细地处理Page Fault异常，包括填充未映射的虚拟地址，并设置相应的访问权限以确保这些权限与虚拟内存区域（VMA）中的规定一致。 实验还需要关注内存控制结构和页表的操作，因为实现页替换算法依赖于这些结构。当物理内存已满时，操作系统需要决定将哪个物理页换出以便为新的请求腾出空间。这涉及到使用诸如最近最少使用（LRU）或时钟算法等策略来选择要移除的页面。 实验的具体步骤包括修改和编写代码以实现所需功能。例如，在default_pmm.c、pmm.c、kdebug.c以及trap.c文件中进行必要的修改和添加新函数。完成这些操作后，通过运行make和qemu命令，并使用check_pgfault函数测试来验证结果的正确性。 实验报告需要详细描述设计与实现过程并回答相关问题。例如，需解释页目录项（Page Directory Entry）和页表项（Page Table Entry）在实施页替换算法时的作用。这些结构包含关于页面访问权限及磁盘位置的信息，这对执行有效的内存管理至关重要。此外还需了解硬件如何处理页面访问异常，包括判断访问权限、解析错误码以及搜索或创建新的页表条目。 VMA（Virtual Memory Area）也在实验中扮演重要角色。它包含了虚拟地址空间的属性和范围等信息，并用于验证地址的有效性及检查是否存在相应的访问权限问题。mmap_list和sm_priv等数据结构则记录当前内存状态，通过合理管理这些资源可以有效地控制虚拟内存。 LAB3涵盖了操作系统内存管理的关键方面：包括虚拟内存操作、Page Fault处理机制以及页替换策略的实现。理解这部分内容对于掌握操作系统核心功能至关重要。