2.6 ucore部分编程技巧慕课视频播放-操作系统-MOOC慕课视频教程-柠檬大学

最后我们讲一下关于ucore编程里面

常用的一些编程的方法

让大家能够熟悉ucore编程的技巧

这里面主要强调一些

关于面向对象编程和通用数据结构的设计

那么ucore虽然是基于C语言开发的

但是它确实也产生了一些

面向对象一些编程手段比如说在这里面

我们建立一个所谓物理内存的管理器

那叫pmm_manager

这个管理器它有很多一些函数的实现

它的表示是用函数指针的方式来实现

实际上对外暴露给需要访问物理内存管理器这些

调动者一个统一的接口这个接口不会改变

但是你如果有不同的物理内存管理方法

比如说有不同连续内存的分配方法

那我们可以保持同样接口但是它实现不一样

这个带来所谓统一的interface

但是它Details的实现不一样

面向对象设计的原则

我们来看看一般应用程序

怎么来用双向循环链表的

比如这么一个数据结构

这个数据结构需要通过双向链表形式

把它链接在一起它有一个元素data

同时它也有一个prev前一个指针和next下一个指针

那么就形成了这么一个双向循环的链表

当然这种方式确实在应用程序开发里面常见

我们需要针对每一种特定的数据结构

都要建立类似的数据结构

这使得建立起来的数据结构不具有通用性

我们有没有更好的办法

我们以ucore双向链表结构来展示一下

我们定义一个通用的双向链表比如叫list_entry

这个也一样你看到刚刚才类似Prev和next

但是这个Prev和next并不是特定结构的指针

它是一个通用结构指针都是list_entry

假设我们想建立这么一个双向链表结构

它包含了free_area和page两种不同类型的strust

那我怎么来用这种方式来建立呢

我们先看free_area结构 free_area里面包含了两块

一块是free_list这free_list就是一个list_entry

第二个它中间的元素叫nr_free

这是一个特定一个它的元素

那么free_list就是这么一个数据结构

就是list_entry_t这么一个结构

你可以看到这里面就包含了两个指针

那么怎么跟page连接在一起呢我们来看看

我们把page这个结构也是这么定义的

它自己一些比如reference

其它一些自己特定域在里面成员变量在里面

但是它最后一个page_link

page_link也是一样也是list_entry数据结构

有了这两个之后这个page_link

和free_list可以建立相应的链接关系

就通过prev和next来建立双向链接关系

这里面即满足了不同类型数据结构的

它们特定一些成员变量一些表示

而且在设计链接关系的时候

用的是一种通用的一种结构来表示

这是通用的双向链表的表示方式

应该说在我们ucore里面大量存在

这种方式大量存在

有了这种方式之后我们可以更灵活

更简洁来表示不同的资源

以及资源之间的关系

有了这个链表数据结构之后

我们还有相应对它进行操作的函数

这个函数的操作和我们通常链表操作差不多

有初始化有增加删除等等

这都是不同函数的表示

其实还需要很重要一点

就是在于你怎么能够根据free_list的

或者说根据刚才说的page_link

它的结构能够找到它对应

整个数据结构起始位置

这个实际上有一定技巧

在这里面我们可以看看一个例子

怎么去访问链表的结点所在处的宿主数据结构

那这里面也有一样有free_area刚才说的变量

我们希望能够去以这个为头节点来查找

所有的free_area管理的page这么一个数据结构

那么它列出它一个方式

在这里面看起来和通常的轮巡方式是差不多

有一点不一样需要注意在哪

它用到一个特殊的宏叫le2page这么一个结构

通过le2page来找到某一个page结构

变量的头指针在什么地方

这是它一个有特点的地方

那么le2page怎么实现的

这实际上是我们关心的

le2page它里面包含了两块

一个是指针一个是member

这个指针是链表节点所在数据结构的指针

Member是它的名字比如说在这里面

page这个结构里面它是叫做pagerank这两块

然后它是由另一个宏来执行的

就是to_struct 里面包含了三个内容

一个是le 一个是page 一个是member

这个page怎么体现就是这个里面le2page

可以看出来它对一个特定的数据结构

那么它需要一个特定的结构在这里体现

那么这个结构到底怎么用我们可以看到

那么to_struct又是这三块进一步的展开

这里面是等于这个链表节点的地址

减去一个offset这个offset是什么呢

就是减去它之前以page为例它处于这个位置

前面的一个偏移值它减去之后呢

实际上得到了宿主数据结构头指针的一个信息

这就是offsetof 包含了一个type一个member

Type就是page member就是pagerank

这offsetof又是什么呢这个表达式比较特殊

可以看出来 type*0 这个0代表什么意思呢

它不代表具体的一个地址

而是和在一起代表这种类型的

一个成员变量一个member成员变量

在这个类型中的一个偏移值

整个代表这么一个含义

那么有了这个含义之后

我就可以把这个offset得到一个偏移值之后呢

把ptr的地址减去那个偏移值

一个指针操作就可以得到这个page

数据结构的一个特定宿主变量它的地址在什么地方

那这个le2page这个宏呢

用到了三部分的内容第一部分

是宿主数据结构的链表节点的指针就是le

第二个呢这个数据结构本身这个page这是第二块

第三块是这个链表所对应的这个成员变量的

名字叫member 有了这三个信息之后呢

最后通过关键的一种表达式这么一种表达式

得出这个member 在这个数据结构中的offset

然后把这个节点的这个地址减去offset

就得到了这个宿主数据结构

所对应变量的头指针的地址

这就是它的大致结构

知道了这个之后呢后面就可以

用这种le2page等等来完成

对特定数据结构的头指针一个寻址的的过程

这实际上是我们说这个实验环境

重点需要大家去掌握的内容

好这部分内容就到这为止谢谢大家

操作系统课程列表：

第零讲在线教学环境准备

-0.1 Piazza讨论区

--piazza访问和使用

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-0.2 在线实验平台

-0.2在线实验平台

第一讲操作系统概述

-1.1 课程概述

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-第一讲操作系统概述--练习

-1.2 教学安排

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-1.3 什么是操作系统

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-1.4 为什么学习操作系统，如何学习操作系统

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-1.5 操作系统实例

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-1.6 操作系统的演变

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-1.7 操作系统结构

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第二讲实验零操作系统实验环境准备

-2.1 前言和国内外现状

-2.2 OS实验目标

-2.3 8个OS实验概述

-2.4 实验环境搭建

-2.5 x86-32硬件介绍

-2.6 ucore部分编程技巧

-2.7 演示实验操作过程

--Q6

--Q7

--Q10

第三讲启动、中断、异常和系统调用

-3.1 BIOS

--3.1 BIOS

-3.2 系统启动流程

--3.2 系统启动流程

-3.3 中断、异常和系统调用比较

--3.3 中断、异常和系统调用比较

-第三讲启动、中断、异常和系统调用--3.3 中断、异常和系统调用比较

-3.4 系统调用

--3.4 系统调用

-第三讲启动、中断、异常和系统调用--3.4 系统调用

-3.5 系统调用示例

--3.5 系统调用示例

-3.6 ucore+系统调用代码

--3.6 ucore+系统调用代码

第四讲实验一 bootloader启动ucore os

-4.1 启动顺序

-4.2 C函数调用的实现

-4.3 GCC内联汇编

-4.4 x86中断处理过程

-4.5 练习一

-4.6 练习二

-4.7 练习三

-4.8 练习四练习五

-4.9 练习六

第五讲物理内存管理: 连续内存分配

-5.1 计算机体系结构和内存层次

-5.2 地址空间和地址生成

-5.3 连续内存分配

-5.4 碎片整理

-5.5 伙伴系统

-第五讲物理内存管理: 连续内存分配--5.6 练习

第六讲物理内存管理: 非连续内存分配

-6.1 非连续内存分配的需求背景

-6.2 段式存储管理

-6.3 页式存储管理

-6.4 页表概述

-6.5 快表和多级页表

-6.6 反置页表

-6.7 段页式存储管理

-第六讲物理内存管理: 非连续内存分配--6.8 练习

第七讲实验二物理内存管理

-7.1 了解x86保护模式中的特权级

--7.1 了解x86保护模式中的特权级

-第七讲实验二物理内存管理--7.1 了解x86保护模式中的特权级

-7.2 了解特权级切换过程

--7.2 了解特权级切换过程

-第七讲实验二物理内存管理--7.2 了解特权级切换过程

-7.3 了解段/页表

--7.3 了解段/页表

-第七讲实验二物理内存管理--7.3 了解段/页表

-7.4 了解UCORE建立段/页表

--7.4 了解ucore建立段/页表

-第七讲实验二物理内存管理--7.4 了解UCORE建立段/页表

-7.5 演示lab2实验环节

--7.5 演示lab2实验环节

第八讲虚拟存储概念

-8.1 虚拟存储的需求背景

-8.2 覆盖和交换

-8.3 局部性原理

-8.4 虚拟存储概念

-8.5 虚拟页式存储

-8.6 缺页异常

第九讲页面置换算法

-9.1 页面置换算法的概念

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-9.2 最优算法、先进先出算法和最近最久未使用算法

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-第九讲页面置换算法--9.2 最优算法、先进先出算法和最近最久未使用算法

-9.3 时钟置换算法和最不常用算法

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-第九讲页面置换算法--9.3 时钟置换算法和最不常用算法

-9.4 Belady现象和局部置换算法比较

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-第九讲页面置换算法--9.4 Belady现象和局部置换算法比较

-9.5 工作集置换算法

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-第九讲页面置换算法--9.5 工作集置换算法

-9.6 缺页率置换算法

--9.6 缺页率置换算法

-第九讲页面置换算法--9.6 缺页率置换算法

-9.7 抖动和负载控制

--9.7 抖动和负载控制

第十讲实验三虚拟内存管理

-10.1 实验目标：虚存管理

--10.1 实验目标：虚存管理

-第十讲实验三虚拟内存管理--10.1 实验目标：虚存管理

-10.2 回顾历史和了解当下

-- 10.2 回顾历史和了解当下

-第十讲实验三虚拟内存管理--10.2 回顾历史和了解当下

-10.3 处理流程、关键数据结构和功能

--10.3 处理流程、关键数据结构和功能

-第十讲实验三虚拟内存管理--10.3 处理流程、关键数据结构和功能

-10.4 页访问异常

--10.4 页访问异常

-第十讲实验三虚拟内存管理--10.4 页访问异常

-10.5 页换入换出机制

--10.5 页换入换出机制

-第十讲实验三虚拟内存管理--10.5 页换入换出机制

第十一讲进程和线程

-11.1 进程的概念

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-第十一讲进程和线程--11.1 进程的概念

-11.2 进程控制块

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-第十一讲进程和线程--11.2 进程控制块

-11.3 进程状态

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-第十一讲进程和线程--11.3 进程状态

-11.4 三状态进程模型

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-11.5 挂起进程模型

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-第十一讲进程和线程--11.5 挂起进程模型

-11.6 线程的概念

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-第十一讲进程和线程--11.6 线程的概念

-11.7 用户线程

--11.7 用户线程

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-11.8 内核线程

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第十二讲进程控制

-12.1 进程切换

--12.1 进程切换

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-12.2 进程创建

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-12.3 进程加载

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-第十二讲进程控制--12.3 进程加载

-12.4 进程等待与退出

--12.4 进程等待与退出

-第十二讲进程控制--12.4 进程等待与退出

第十三讲实验四内核线程管理

-13.1 总体介绍

-13.2 关键数据结构

-13.3 执行流程

-13.4 实际操作

第十四讲实验五用户进程管理

-14.1 总体介绍

--14.1 总体介绍

-14.2 进程的内存布局

--14.2 进程的内存布局

-14.3 执行ELF格式的二进制代码-do_execve的实现

--14.3 执行ELF格式的二进制代码-do_execve的实现

-14.4 执行ELF格式的二进制代码-load_icode的实现

--14.4 执行ELF格式的二进制代码-load_icode的实现

-14.5 进程复制

--14.5 进程复制

-14.6 内存管理的copy-on-write机制

--14.6 内存管理的copy-on-write机制

第十五讲处理机调度

-15.1 处理机调度概念

--15.1 处理机调度概念

-第十五讲处理机调度--15.1 处理机调度概念

-15.2 调度准则

--15.2 调度准则

-15.3 先来先服务、短进程优先和最高响应比优先调度算法

--15.3 先来先服务、短进程优先和最高响应比优先调度算法

-第十五讲处理机调度--15.3 先来先服务、短进程优先和最高响应比优先调度算法

-15.4 时间片轮转、多级反馈队列、公平共享调度算法和ucore调度框架

--15.4 时间片轮转、多级反馈队列、公平共享调度算法和ucore调度框架

-第十五讲处理机调度--15.4 时间片轮转、多级反馈队列、公平共享调度算法和uc

-15.5 实时调度和多处理器调度

--15.5 实时调度和多处理器调度

-第十五讲处理机调度--15.5 实时调度和多处理器调度

-15.6 优先级反置

--15.6 优先级反置

-第十五讲处理机调度--15.6 优先级反置

第十六讲实验六调度器

-16.1 总体介绍和调度过程

-16.2 调度算法支撑框架

-16.3 时间片轮转调度算法

-16.4 Stride调度算法

第十七讲同步互斥

-17.1 背景

--17.1 背景

-17.2 现实生活中的同步问题

--17.2 现实生活中的同步问题

-第十七讲同步互斥--17.2 现实生活中的同步问题

-17.3 临界区和禁用硬件中断同步方法

--17.3 临界区和禁用硬件中断同步方法

-第十七讲同步互斥--17.3 临界区和禁用硬件中断同步方法

-17.4 基于软件的同步方法

--17.4 基于软件的同步方法

-第十七讲同步互斥--17.4 基于软件的同步方法

-17.5 高级抽象的同步方法

--17.5 高级抽象的同步方法

-第十七讲同步互斥--17.5 高级抽象的同步方法

第十八讲信号量与管程

-18.1 信号量

--18.1 信号量

-第十八讲信号量与管程--18.1 信号量

-18.2 信号量使用

--18.2 信号量使用

-第十八讲信号量与管程--18.2 信号量使用

-18.3 管程

--18.3 管程

-第十八讲信号量与管程--18.3 管程

-18.4 哲学家就餐问题

--18.4 哲学家就餐问题

-18.5 读者-写者问题

--18.5 读者-写者问题

第十九讲实验七同步互斥

-19.1 总体介绍

--19.1 总体介绍

-19.2 底层支撑

--19.2 底层支撑

-第十九讲实验七同步互斥--19.2 底层支撑

-19.3 信号量设计实现

--19.3 信号量设计实现

-第十九讲实验七同步互斥--19.3 信号量设计实现

-19.4 管程和条件变量设计实现

--19.4 管程和条件变量设计实现

-第十九讲实验七同步互斥--19.4 管程和条件变量设计实现

-19.5 哲学家就餐问题

--19.5 哲学家就餐问题

第二十讲死锁和进程通信

-20.1 死锁概念

--20.1 死锁概念

-第二十讲死锁和进程通信--20.1 死锁概念

-20.2 死锁处理方法

--20.2 死锁处理方法

-第二十讲死锁和进程通信--20.2 死锁处理方法

-20.3 银行家算法

--20.3 银行家算法

-第二十讲死锁和进程通信--20.3 银行家算法

-20.4 死锁检测

--20.4 死锁检测

-第二十讲死锁和进程通信--20.4 死锁检测

-20.5 进程通信概念

--20.5 进程通信概念

-第二十讲死锁和进程通信--20.5 进程通信概念

-20.6 信号和管道

--20.6 信号和管道

-第二十讲死锁和进程通信--20.6 信号和管道

-20.7 消息队列和共享内存

--20.7 消息队列和共享内存

-第二十讲死锁和进程通信--20.7 消息队列和共享内存

第二十一讲文件系统

-21.1 文件系统和文件

--21.1 文件系统和文件

-第二十一讲文件系统--21.1 文件系统和文件

-21.2 文件描述符

--21.2 文件描述符

-第二十一讲文件系统--21.2 文件描述符

-21.3 目录、文件别名和文件系统种类

--21.3 目录、文件别名和文件系统种类

-第二十一讲文件系统--21.3 目录、文件别名和文件系统种类

-21.4 虚拟文件系统

--21.4 虚拟文件系统

-第二十一讲文件系统--21.4 虚拟文件系统

-21.5 文件缓存和打开文件

--21.5 文件缓存和打开文件

-第二十一讲文件系统--21.5 文件缓存和打开文件

-21.6 文件分配

--21.6 文件分配

-第二十一讲文件系统--21.6 文件分配

-21.7 空闲空间管理和冗余磁盘阵列RAID

--21.7 空闲空间管理和冗余磁盘阵列RAID

-第二十一讲文件系统--21.7 空闲空间管理和冗余磁盘阵列RAID

第二十二讲实验八文件系统

-22.1 总体介绍

--22.1 总体介绍

-第二十二讲实验八文件系统--22.1 总体介绍

-22.2 ucore 文件系统架构

--22.2 ucore 文件系统架构

-第二十二讲实验八文件系统--22.2 ucore 文件系统架构

-22.3 Simple File System分析

--22.3 Simple File System分析

-第二十二讲实验八文件系统--22.3 Simple File System分析

-22.4 Virtual File System分析

--22.4 Virtual File System分析

-第二十二讲实验八文件系统--22.4 Virtual File System分

-22.5 I/O设备接口分析

--22.5 I/O设备接口分析

-第二十二讲实验八文件系统--22.5 I/O设备接口分析

-22.6 执行流程分析

--22.6 执行流程分析

第二十三讲 I/O子系统

-23.1 I/O特点

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-第二十三讲 I/O子系统--23.1 I/O特点

-23.2 I/O结构

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-第二十三讲 I/O子系统--23.2 I/O结构

-23.3 I/O数据传输

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-第二十三讲 I/O子系统--23.3 I/O数据传输

-23.4 磁盘调度

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-第二十三讲 I/O子系统--23.4 磁盘调度

-23.5 磁盘缓存

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-第二十三讲 I/O子系统--23.5 磁盘缓存

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2.6 ucore部分编程技巧在线视频