MIT JOS操作系统实习Lab2：内存管理与分页实现

"这篇文档是关于MIT JOS操作系统的实验室练习2，主要涉及内存管理，包括虚拟内存和物理内存的管理。在这个实验中，学生需要实现分页管理机制，包括物理页面管理和页表管理。实验代码集中在pmap.c文件中，并通过一系列检查函数确保程序的正确性。" 在操作系统实习的第二部分，学生们将深入到内存管理的核心，特别是针对JOS这个小型开源操作系统。这一章节，被称为"内存管理（lab2）(v0.1)"，主要目标是实现内存的分页系统。JOS操作系统是MIT设计的一个教学用操作系统，用于教授操作系统的基本概念和技术。 实验的焦点在于两个关键领域：物理页面管理和页表管理。物理页面管理涉及到内存的分配和回收，包括创建数据结构（如双向链表），以及boot_alloc()、page_init()、page_alloc()和page_free()等函数的实现。这些函数用于管理和跟踪物理内存的使用情况。 另一方面，页表管理关注的是如何使用Intel x86处理器的页式地址转换功能，来处理从虚拟线性地址到物理地址的转换。这需要完成pgdir_walk()、boot_map_segment()、page_lookup()、page_remove()和page_insert()等功能。这些函数构建和维护页目录和页表，确保虚拟地址能够正确映射到物理内存。 实验过程中，为了确保代码的正确性，MIT提供了一系列的检查函数。例如，check_page_alloc()检查物理内存管理的数据结构是否正确；page_check()验证页表管理的正确性；而check_boot_pgdir()则用来确认线性地址的页式映射是否符合预期。这些检查函数通过assert语句来防止错误，如果检测到不匹配的情况，系统将触发panic，以尽早发现问题。 背景知识部分提到了JOS启动流程。首先，bootsector的内容加载到0x7c00地址，接着读取第二个扇区开始的8个扇区内容到0x10000地址。通过对ELF头的解析，确定kernel的大小并将其加载到物理内存的0x100000开始的位置。然后，设置适当的寄存器值，使kernel得以执行。 这个实验为学生提供了实践操作系统内存管理的宝贵机会，涵盖了从基本的物理内存分配到复杂的虚拟内存映射的全过程。通过这个过程，学生不仅可以理解操作系统内存管理的原理，还能掌握实际编程技巧，为理解和实现更复杂的操作系统功能打下基础。