JOS操作系统Lab2：内存分页管理实践与检查

"OS LAB2 中文文档说明" 在操作系统课程的Lab2中，学生将专注于内存管理，特别是针对MIT的JOS操作系统实现分页管理功能。这一实验室工作主要涉及两个核心部分：物理页面管理和页表管理。实验的代码集中在`pmap.c`文件内。 **4.1 实验目标** 实验的主要目标是实现物理内存的分页系统，这包括在Intel x86架构下使用硬件支持的地址翻译机制。具体来说，物理页面管理涉及到以下几个函数的实现： 1. `boot_alloc()`：初始化阶段的内存分配。 2. `page_init()`：内存管理数据结构的初始化。 3. `page_alloc()`：动态分配物理页面。 4. `page_free()`：释放已分配的物理页面。 而页表管理则涵盖以下函数： 1. `pgdir_walk()`：遍历页目录和页表以获取物理地址。 2. `boot_map_segment()`：映射内存段到页表。 3. `page_lookup()`：查找给定线性地址对应的页表项。 4. `page_remove()`：从页表中移除一个条目。 5. `page_insert()`：插入新的页表项。 实验设计中，还包含了一系列检查函数，如`check_page_alloc()`、`page_check()`和`check_boot_pgdir()`，以验证程序的正确性。这些函数会在编程过程中对实现进行校验，如果发现错误，系统会触发`panic`，帮助开发者尽早定位问题。 **4.2 背景知识** 在JOS启动流程中，首先，引导扇区（bootsector）的内容加载到0x7c00地址，接着，引导扇区的代码会读取磁盘上的第二个扇区及其后续扇区到0x10000地址。通过解析ELF头，确定kernel的大小并将kernel加载到物理内存的0x100000开始的位置。然后，设置适当的内存管理和地址转换机制，以便kernel能够正确执行。 在这个过程中，了解ELF文件格式和Intel x86的分页机制至关重要。ELF头提供了关于程序各部分在内存中的布局信息，而分页机制则是Intel x86处理器提供的一种虚拟内存到物理内存映射的方法，它允许更大的地址空间和内存保护。 通过这个实验，学生将深入理解操作系统如何管理和映射内存，以及如何与硬件交互来实现这些功能。这不仅锻炼了编程技能，也加深了对操作系统的底层原理的理解。