Nachos虚拟存储系统页表转换与管理
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更新于2024-08-10
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"虚拟存储系统页表转换-x3e系列伺服驱动用户指南v4.0 -201812(转曲单页版)"
本文档是关于 Nachos 操作系统的虚拟存储系统及其页表转换机制的用户指南。Nachos 是一个教学用的操作系统,其虚拟存储管理已经得到了改进,以提高性能和灵活性。在 Nachos 的虚存管理系统中,采用了分页管理算法,并通过实页页表、虚页页表和用户程序页表进行管理。
虚存管理的设计和实现中,有三个关键的页表类别:
1. 实页页表:用于跟踪物理内存(实页)的状态,每个页表项对应一个实页,记录其使用信息。
2. 虚页页表:与实页页表相对,记录虚页的映射信息和状态,一个虚页可能对应于零个或一个实页。
3. 用户程序页表:每个用户进程有自己的页表,包含在进程控制结构中,同样存储在宿主机内存中,用于管理进程执行时的虚页映射。
系统使用三级页表结构进行地址转换,即线程页表、虚页页表和实存页表。当程序运行时,通过这个转换机制将逻辑地址转化为物理地址。线程页表负责线程级别的虚页映射,而虚页页表则维护全局的虚页信息,确保多线程间的共享和一致性。虚页可以被多个线程页表项共享,但每个虚页最多只能映射到一个实页。
图 5.1 描述了这种页表转换的结构,而图 5.2 显示了地址变换的过程,这个过程涉及到从线程的逻辑地址到最终物理内存地址的映射。
在 Nachos 中,swap 区的管理不依赖于文件系统,而是独立实现,以提高效率。这样做可以使虚存管理和文件系统并行开发,增强系统的可伸缩性和灵活性。文件系统部分,例如 Sysdep 模块,包含了对文件操作的各种函数,如打开、读写、关闭等,以及对网络套接字的处理。
此外,文档还涵盖了 Nachos 的安装、目录结构、机器模拟的实现,包括中断处理、时钟中断、终端设备和磁盘设备的模块分析。这些内容展示了 Nachos 操作系统在模拟硬件和设备交互方面的细节,帮助用户理解和操作这个教学平台。
本指南详细介绍了 Nachos 操作系统中的虚拟存储系统,特别是页表转换机制,以及如何通过这个机制有效地管理内存和地址映射。这对于理解操作系统原理和虚拟内存的实现具有重要意义。
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