Nachos内存管理：多线程调度与虚拟分页机制

"Nachos内存管理涉及了多线程并发、优先级调度以及虚拟分页式存储管理机制。实验目的是在Nachos操作系统模拟器中改进内存管理，以支持多个线程并行执行，并通过虚拟页表实现分页机制。实验环境包括Intel Core 2 Duo处理器、3.0GB RAM，以及Windows、VMware、Ubuntu和VIM等软件。实验内容主要包括虚拟地址到物理地址的转换、代码修改、异常处理和系统调用接口的扩展，以及测试案例的编写和执行。" Nachos内存管理的改进主要集中在两个方面： 1. **多线程并发与优先级调度**： - Nachos原本可能只支持单线程运行，但实验要求对其进行改造，使得多个线程能同时存在于内存中。这是通过修改内存分配方式实现的，使得系统能够有效地调度这些线程。引入了“优先级”的概念，这意味着线程的执行顺序不再仅仅是先进先出，而是根据其优先级进行决策。这需要对线程调度算法进行调整，以确保高优先级的线程得到优先执行。 2. **虚拟分页式存储管理**： - 实验要求构建一个虚拟的分页式存储管理系统，而不是实际的物理分页。页面大小设定为4KB。每个新生成的用户线程需要通过内存页表分配页面号，以便线程能够访问内存。页表记录了虚拟地址与物理地址之间的映射关系，从而实现了地址转换。当线程访问内存时，会通过页表查找对应的物理地址，进行数据读写。这种机制避免了实际物理内存的直接操作，简化了内存管理，同时也为将来实现内存保护和交换提供了基础。 实验过程中，对以下几个文件进行了修改： - `addrspace.h` 和 `addrspace.cc`：增加了表示虚拟内存的类，并修改了代码以实现页表的维护。 - `main.cc` 和 `main.h`：增加了全局变量，以适应多线程环境。 - `exception.cc`：增加了异常类型，用于处理线程调度和页错误等异常情况。 - `ksyscall.h`：扩展了系统调用接口，可能包括新增的内存管理相关的系统调用。 测试部分，通过修改`test/`目录下的`add.c`和`halt.c`程序，检查分页机制和线程调度是否正确。修改后的`add.c`方便观察输出，而`halt.c`则用于验证系统正常退出。完成所有修改后，需要重新编译Nachos并在测试目录下运行`make`和`nachos –x`命令，以启动并执行测试程序，验证实验结果。 这个实验不仅加深了对操作系统内存管理和多线程调度的理解，还锻炼了动手实践和问题解决的能力。通过虚拟分页机制和优先级调度，Nachos能够在模拟环境中更真实地表现出现代操作系统的关键特性。