最新教師參考

1、精品文檔教師參考一、準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)建議在實(shí)驗(yàn)前結(jié)合幻燈片向?qū)W生講解預(yù)備知識(shí)中的內(nèi)容。建議重點(diǎn)講解：講解C語言中的位域結(jié)構(gòu)體概念，可以幫助學(xué)生理解PTE結(jié)構(gòu)體的定義。i386 處理器的二級(jí)頁表硬件機(jī)制，及邏輯地址到物理地址的轉(zhuǎn)換過程。EOS的頁目錄和頁表在進(jìn)程 4G虛擬地址空間中的位置。當(dāng) EOS操作系統(tǒng)啟動(dòng)i386 處理器的分頁機(jī)制后，就只能使用邏輯地址（虛擬地址） 來訪問物理內(nèi)存， 所以只 有知道了頁目錄和頁表的虛擬地址，才能夠訪問它們。在 memory.c 文件中就是使用這些虛擬地址來訪問頁目錄和頁表的。雖然打印出了 頁目錄和頁表映射的物理頁框號(hào)， 但是這僅僅是為了演示它們的映射關(guān)系， 是沒有

2、辦法直接訪問物理內(nèi)存的。頁目錄在虛擬地址空間中的基址的獲得方式：頁目錄的第0x300個(gè)PDE映射的頁表就是頁目錄本身，這樣頁表（頁目錄）的第 0x300個(gè)PTE又映射到頁目錄， 所以用PDE標(biāo)號(hào)（0x300 ）做32位線性地址的高 10位，用 PTE標(biāo)號(hào)（0x300）做12- 22 位，就得到了地址 0xC0300000。同理，頁表在虛擬地址空間中基址的獲得方式：頁目錄的第0x300個(gè)PDE映射的頁表是頁目錄本身，而且頁目錄的第0x0個(gè)PDE映射了第0x0個(gè)頁表，所以頁表（頁 目錄）的第0x0個(gè)PTE就映射到第0x0個(gè)頁表。用PDE標(biāo)號(hào)（0x300）做32位線性 地址的高10位，用PTE標(biāo)號(hào)（

3、0x0）做12-22位，就得到了地址 0xC0000000。在 memory.c 的 main 函數(shù)中是一個(gè)二重循環(huán)。在 memory.c 的 main 函數(shù)中使用了兩個(gè)輸出函數(shù)。 printf 將內(nèi)容輸出到標(biāo)準(zhǔn)輸出（屏幕），KdbPrint將內(nèi)容輸出到 OS Lab的“輸出”窗口。這樣就解決了EOS在屏幕上輸出的內(nèi)容不能被保存的問題。Win dows科學(xué)計(jì)算器可以幫助學(xué)生進(jìn)行十六進(jìn)制、十進(jìn)制和二進(jìn)制計(jì)算，對(duì)于計(jì)算 線性地址對(duì)應(yīng)的物理地址很重要，建議教師對(duì)該工具的用法進(jìn)行適當(dāng)講解。在Windows “開始”菜單“程序”中選擇“附件”，即可找到“計(jì)算器”工具。在計(jì)算 器工具的“查看”菜單中選擇“

4、科學(xué)型” ，即可進(jìn)行多種進(jìn)制數(shù)值的計(jì)算和轉(zhuǎn)換。二、問題答案及參考代碼2.1圖2 （a）中應(yīng)用程序進(jìn)程的頁目錄和頁表占用了幾個(gè)物理頁？頁框號(hào)分別是多少？頁目錄占用一個(gè)物理頁，頁框號(hào)是0x409。頁表占用5個(gè)物理頁（不算復(fù)用為頁表的頁目錄），頁框號(hào)是 0x41D、 0x401 、 0x403、 0x404、 0x402。2.2圖2 （a）中應(yīng)用程序進(jìn)程映射用戶地址空間（低2G）的頁表的頁框號(hào)是多少？該頁表有幾個(gè)有效的PTE或者說有幾個(gè)物理頁用來裝載應(yīng)用程序的代碼、數(shù)據(jù)和堆棧，頁框號(hào)是 多少？映射用戶地址空間的頁表的頁框號(hào)是0x41D。該頁表有11個(gè)有效的PTE,頁框號(hào)是0x41E， 0x41F，

5、0x420， 0x421 ， 0x422， 0x423， 0x424， 0x425， 0x426， 0x427， 0x428。2.3比較圖2 （a）和（b）,系統(tǒng)進(jìn)程和應(yīng)用程序進(jìn)程是否有各自的頁目錄？在頁目錄映射 的頁表中，哪些是獨(dú)占的，哪些是共享的？系統(tǒng)進(jìn)程和應(yīng)用程序進(jìn)程一定有各自的頁目錄。 映射了用戶地址空間的頁表被應(yīng)用程序精品文檔 進(jìn)程獨(dú)占，頁框號(hào)是 0X41D，其它的頁表（映射了內(nèi)核地址空間）都是共享的。2.4統(tǒng)計(jì)當(dāng)應(yīng)用程序進(jìn)程和系統(tǒng)進(jìn)程并發(fā)時(shí)，總共有多少物理頁被占用？在圖2中，以應(yīng)用程序進(jìn)程占用的物理頁為基準(zhǔn)，系統(tǒng)進(jìn)程占用的物理頁只有頁目錄與其不同，所以應(yīng)用程序進(jìn)程占用的物理頁106

6、6加上系統(tǒng)進(jìn)程頁目錄占用的物理頁1就是1067。2.5應(yīng)用程序進(jìn)程結(jié)束后，為什么系統(tǒng)進(jìn)程（即內(nèi)核地址空間）占用的物理頁會(huì)減少?應(yīng)用程序結(jié)束后，EOS內(nèi)核會(huì)刪除應(yīng)用程序進(jìn)程在內(nèi)核地址空間中占用的內(nèi)存（例如刪 除PCB對(duì)象等）。這些內(nèi)存必須要回收，否則如果一個(gè)應(yīng)用程序反復(fù)運(yùn)行多次，內(nèi)核空間就 有被耗盡的危險(xiǎn)，操作系統(tǒng)的可靠性就無從談起了。2.6兩個(gè)應(yīng)用程序進(jìn)程并發(fā)時(shí)，進(jìn)程2共享進(jìn)程1代碼頁的映射方式。CR3->0x409PDE: 0x1 (0x400000)->0x41DPTE: 0x1 (0x401000)->0x41EPTE: 0x2 (0x402000)->0x41F

7、PTE: 0x3 (0x403000)->0x420PTE: 0x4 (0x404000)->0x421PTE: 0x5 (0x405000)->0x422PTE: 0x6 (0x406000)->0x423PTE: 0x7 (0x407000)->0x424PTE: 0x8 (0x408000)->0x425PTE: 0x9 (0x409000)->0x426PTE: 0xA (0x40A000)->0x427PTE: 0xB (0x40B000)->0x428CR3->0x42BPDE: 0x1 (0x400000)->0x

8、42EPTE: 0x1 (0x401000)->0x41EPTE: 0x2 (0x402000)->0x41FPTE: 0x3 (0x403000)->0x431PTE: 0x4 (0x404000)->0x432PTE: 0x5 (0x405000)->0x433PTE: 0x6 (0x406000)->0x434PTE: 0x7 (0x407000)->0x435PTE: 0x8 (0x408000)->0x436PTE: 0x9 (0x409000)->0x437PTE: 0xA (0x40A000)->0x438PTE: 0x

9、B (0x40B000)->0x4392.7統(tǒng)計(jì)當(dāng)兩個(gè)應(yīng)用程序進(jìn)程并發(fā)時(shí)，總共有多少物理頁被占用？有更多的進(jìn)程同時(shí)運(yùn)行 呢？如果進(jìn)程的數(shù)量足夠多，物理內(nèi)存是否會(huì)用盡，如何解決該問題？在圖3中，以進(jìn)程1占用的物理頁為基準(zhǔn)，進(jìn)程2共有14個(gè)物理頁與其不同，所以1069 + 14 = 1083。如果有更多的進(jìn)程同時(shí)運(yùn)行，就會(huì)有更多的物理頁被占用，由于物理頁的數(shù)量是有限的，所以肯定會(huì)被用盡。使用虛擬內(nèi)存技術(shù)（即將一些暫時(shí)不用的物理頁存儲(chǔ)在磁盤上，需要使用時(shí)再放入物理內(nèi)存），可以解決該問題。2.8假設(shè)修改了頁目錄， 使其第0x100個(gè)PDE映射的頁框號(hào)是頁目錄本身，此時(shí)頁目錄和頁表會(huì)映射在4G虛擬

10、地址空間的什么位置呢？說明計(jì)算方法。頁目錄：PDE標(biāo)號(hào)0x100做為虛擬地址的高 10位，PTE標(biāo)號(hào)0x100做為虛擬地址的12-22 位，得到虛擬地址 0x 40100000。頁表：PDE標(biāo)號(hào)0x100做為虛擬地址的高 10位，PTE標(biāo)號(hào)0x0做為虛擬地址的12-22 位，得到虛擬地址 0x 40000000。2.9通過編程的方式統(tǒng)計(jì)并輸出用戶地址空間占用的內(nèi)存數(shù)目。通過編程的方式統(tǒng)計(jì)并輸出頁目錄和頁表的數(shù)目。參見源代碼文件 memoryex.c。2.10為什么不能從頁表基址0xC0000000開始遍歷，來查找有效的頁表呢？只有當(dāng)一個(gè)虛擬地址通過二級(jí)頁表映射關(guān)系能夠映射到實(shí)際的物理地址時(shí)，該虛擬地址才能夠被訪問，否則會(huì)觸發(fā)異常。由于并不是所有的頁表都有效，所以不能從頁表基址精品文檔0xC0000000 開始遍歷。2.11 編寫代碼將申請(qǐng)到的物理頁從二級(jí)頁表映射中移除，并讓內(nèi)核回收這些物理頁。參見源代碼文件 MapNewPageEx.c使用該文件中的ConsoleCmdMemoryMap函數(shù)替換ke/sysproc.c 中的 ConsoleCmdMemoryMa函數(shù)即可。提示：在移除映射的物理頁時(shí)，只需要將PTE/PDE的存在標(biāo)志位設(shè)置為 0即可，要先修改PTE再修改PDE另外，要注意刷新快表。調(diào)用MiFreePages函數(shù)即可回收物理頁，具體的用法可以參考其函數(shù)定義