当前课程知识点：操作系统 > 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 > 10.3 处理流程、关键数据结构和功能
那接下来我们会把这里面
涉及到的一些比较关键的
一些流程和关键的数据结构呢
给大家做一个介绍
流程一开始一样的
就是我们要完成初始化工作
那在lab3开始之前
我们lab1 lab2已经有一个
很重要的一系列的初始化
比如涉及到的物理内存的初始化
这是我们在lab1和lab2里面
其实已经碰到了
第二是中断初始化和IDT初始化
这一块其实也是在lab1和lab2里面
也都会相应的一个实现 那这个呢
其实还是在给我们lab3打基础
并没有涉及到lab3的一些功能
如果要实现lab3的功能
我们需要还做进一步初始化
特别是这个swap_init这一块
还有vmm_init
那这两块 swap主要是说
假设我能够读写硬盘之后
我怎么能够去建立交换分区
从而可以使得我们把一些页
可以写入到我们的硬盘的
特定的分区里面去
或者从这个分区里面
把这个对应的页给读进来
这个就是叫swap这一块
它要完成的工作
它要完成对以页为单位的读写
对硬盘的读写
第二个呢vmm_init这一块是干什么呢
就是我们前面说到的
你要搭好这个环境来进行检测
假设你前面已经完成了
中断的异常初始化
你已经完成了这个页替换算法
完成了这个swap的这个读写
那么在vmm_init里面
它又把这个模拟环境建好
那我先要分配大约4个
假如说举个例子4个物理页
但我这里面存在6 7或者8
更多的虚拟页
这种情况下我访问虚拟页
还能够正常的工作 那怎么来完成
就需要前面建好的中断机制
swap机制 还有你这个页替换算法
都能够正常工作之后呢
才能确保这个vmm_init里面
才能够完成相应的检测
这里面就是建立这个模拟环境
进行测试这就是vmm_init里面
重点要完成的工作
好 那在检查的时候呢
这里面有两块需要注意的是
在vmm_init里面它要检查
我们说要搭好虚拟那一套
就是使用环境
这里面有个check_vmm和check_vma
后面会讲到这个mm和vma
是关键两个数据结构
会给大家做一个介绍
第二个呢是要check_pgfault
就看你这个刚才说那个
假设你产生了缺页异常之后
你能否正确的进行响应和处理
这一块就是这两块是说
要完成相应的检查
当然你只有在
正确建立好了vma和page fault
以及mm这个结构之后
才能够完成
我们再看看这个vma这个结构
什么叫vma 叫virtual memory area
简称叫vma
其实这个词我们是从Linux里面来的
跟它是一致的 vma这个结构
vma结构重点是描述什么呢
它描述了就是一个一个的
合法的内存块的一个空间
那么这一个一个合法的内存块空间呢
可以说我们可以用来形成一个
应用程序的一个大的应用空间
合法使用的应用空间
所以说呢一个一个相对离散的
用户空间块
那其实就是形成了一个list
也用到我们前面在lab0讲到的一个
list一个结构
来把这些离散的空间给管理起来
然后呢还有一个什么呢
就是它有一个总的一个头
就是说一个 假设用户进程
我们这里做实验 还没有用户进程
假设用户一个进程
它需要把所有空间给管起来
它有自己的页表
那页表的相关信息
总体的信息是放在一个所谓的mm（即指mm_struct）
这么一个结构里面有vm_mm
这个结构里面等于是它一个根
这个根下面有一堆
有一个list 这个list就是
来表述了不同的分离的
这个合法的内存 这里什么叫合法
所谓合法就是说我们的应用程序
我们跑这个程序可以去访问它
访问它肯定是可以得到一个反馈
可以正常读或者写的
无论这个页对应的内存页
是在我们内存中
还是在我们硬盘里面 无所谓
它是透明的 对我们应用程序来说
对我们访问者来说是透明的
这一点是虚存的很重要的一个概念
第二个是mm这个struct
这个是一个总述 它这里面呢是建立
刚才说到的一个总的信息
比如说对于一个应用程序来说
它有它自己的页表
页表起始地址在什么地方
以及它映射了多少块
这个vma这个结构等等
还有呢就是可能很重要一点
就是它如果说是需要
去做一些查找工作的话
就是它有一个排序
对这里面地址空间有个排序
可以便于后续去查找
当一个应用程序
访问一个内存地址之后
这个地址到底处于哪个vma
那么它有一个排序
这是一个所谓的mmap_list这么一个结构
这个结构和前面vma里面那个list
形成了整个一个链表
那这里面呢还有一个sm_priv
这个是和swap机制是建立了联系
可以看到这个是和我们
后面会讲到swap manager
就是说专门管理
怎么去有效去把一个页
给写到我们硬盘中或者读进来
那这个就是跟它建立一个link
那我们可以看到当vma和mm
这两个结构对应的
全局变量建立好之后呢
我们就可以完成检查
来看你这个vma结构
就是所谓描述合法虚空间
是否是正确工作的
这是用什么的
就是check _vma_ struct
这个函数里面有一系列的检测
它可以看到它有创建mm_struct
创建vma_struct
然后再塞入一系列测试数据
模拟出来使用者的一个虚拟环境
虚拟内存环境
然后最后呢通过一系列的assert来检查
应该当插入做完这个操作之后
应该是具有什么样的值
这里面有一系列的find
来确保你是对的
你整个结构建立是正确的
那这是建立一个合法的
虚拟内存空间的一个检查工作
好 假设我们已经建立好了说有了mm
有了vma 那其实可以描述
描述一个应用程序
或者是一个使用者
它所需要的一个
合法的虚拟的内存空间
那么我们有了这个信息之后
我们看看操作系统怎么去应对它
可以看着这里面
总体上有个mm_struct
它会形成一个list双向链表
双向链表由一系列的vma组成
每一个vma表述了这个使用者
所用到的一块虚拟的连续空间
好 这虚拟连续空间
所有的空间都应该是合法使用的
就是我可以正常去做读或者写
这是合法的 所谓合法那也意味着
其实你这个里面描述的虚地址
那么通过我们这个页表机制
你们有页表
我们在lab2里面不是建立好页表了吗
那所有这个地址
那么都应该在这个页表项里面
有对应的映射关系
它是以页为单位的映射关系
好 有这个映射关系之后呢
我们就可以来完成从一级页表
到二级页表的一个转换 然后找到
可以找到对应这个物理地址空间
那个物理页帧就可以找着了
也就是说这里面vma一个结构
就是一个连续地址空间这么一大块
其实可能映射到在这里面是
多块离散的这个物理页帧
这是通过我们页表机制
来完成这个映射的
那在这里面还会出现什么其它情况呢
有可能 由于我们的给一开始
给这个使用者分配这个虚拟空间
虚拟空间呢超过了我们物理空间
比如说在这里面只有1 2 3 4 5
只有5个物理页帧
但其实我们给它分了7个
7个虚拟页 分了7个虚拟页
那很明显一定会有两个虚拟页
它没有对应的物理页帧
那么如果访问到这两个虚拟页
会出现什么情况呢
很明显在这个里面
应该说在我们实验里面会涉及到
在二级页表里面它会什么
它会没有对应映射关系
一旦没有对应映射关系
会出现什么现象呢
一旦我们的使用者访问了
某一个没有对应的映射关系的
一个虚拟页的一个地址
会出现什么情况
大家考虑一下这个问题
那其实就会产生缺页异常 OK
一旦产生缺页异常就需要我们后续
我们后面讲到这个缺页异常
怎么处理啊
一旦你建立好所谓do_pgfault
这么一个机制
也意味着你可以正确处理
当一个合法的虚地址不存在的时候
我怎么能够把这个映射关系建立好
没有对应物理内存对应的时候
需要把映射关系建立好
怎么来检查正确性
这有个check_pgfault
在这里面一开始是完成
对这个虚拟环境的建立
虚拟内存环境的一个建立
OK 建立完之后
那也意味着当前访问到的
虚拟内存是合法的
因为vma里面有相应的表示
也就是说 在这个合法区域里面
虚拟内存可以进行正常读或者写操作
这里面就是完成了相应的读写操作
但是由于它没有建立
相应的映射关系
所以说一旦执行操作的时候
读写操作的时候
其实会产生缺页异常
一旦你能够正确实现缺页异常
那么这一部分的工作
最后这个assert是可以得到确认的
也就这句话是可以过的
这个语句过了之后呢
那基本上证明你的工作是做对了
那么这里面会有一个
打印你这个do_pgfault是成功的
-0.1 Piazza讨论区
--html
-0.2 在线实验平台
--实验平台使用帮助
--平台使用帮助
-0.2在线实验平台
--Raw HTML
-1.1 课程概述
--视频
-第一讲 操作系统概述--练习
-1.2 教学安排
--视频
-1.3 什么是操作系统
--Video
-1.4 为什么学习操作系统，如何学习操作系统
--Video
-1.5 操作系统实例
--视频
-1.6 操作系统的演变
--视频
-1.7 操作系统结构
--视频
-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
-3.1 BIOS
--3.1 BIOS
-3.2 系统启动流程
-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
-3.6 ucore+系统调用代码
-4.1 启动顺序
--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
--4.5 练习一
-4.6 练习二
--4.6 练习二
-4.7 练习三
--4.7 练习三
-4.8 练习四 练习五
-4.9 练习六
--4.9 练习六
-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
--5.4 碎片整理
-5.5 伙伴系统
--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
-6.1 非连续内存分配的需求背景
-6.2 段式存储管理
-- 6.2 段式存储管理
-6.3 页式存储管理
-6.4 页表概述
--6.4 页表概述
-6.5 快表和多级页表
-6.6 反置页表
--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
-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
-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
-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
-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
-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
--8.6 缺页异常
-9.1 页面置换算法的概念
-9.2 最优算法、先进先出算法和最近最久未使用算法
-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
-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
-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
-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
-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
-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
-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
-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
-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
-第十讲 实验三 虚拟内存管理--10.5 页换入换出机制
-11.1 进程的概念
-第十一讲 进程和线程--11.1 进程的概念
-11.2 进程控制块
-第十一讲 进程和线程--11.2 进程控制块
-11.3 进程状态
-第十一讲 进程和线程--11.3 进程状态
-11.4 三状态进程模型
-11.5 挂起进程模型
-第十一讲 进程和线程--11.5 挂起进程模型
-11.6 线程的概念
-第十一讲 进程和线程--11.6 线程的概念
-11.7 用户线程
-第十一讲 进程和线程--11.7 用户线程
-11.8 内核线程
-第十一讲 进程和线程--11.8 内核线程
-12.1 进程切换
-第十二讲 进程控制--12.1 进程切换
-12.2 进程创建
-第十二讲 进程控制--12.2 进程创建
-12.3 进程加载
-第十二讲 进程控制--12.3 进程加载
-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
-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
-14.1 总体介绍
-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
-14.6 内存管理的copy-on-write机制
-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
-15.3 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
-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
-第十五讲 处理机调度--15.6 优先级反置
-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
-17.1 背景
--17.1 背景
-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
-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
-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
-第十七讲 同步互斥--17.5 高级抽象的同步方法
-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
-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
-18.5 读者-写者问题
-19.1 总体介绍
-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
-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
-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
-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
-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
-第二十讲 死锁和进程通信--20.3 银行家算法
-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
-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
-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
-第二十讲 死锁和进程通信--20.7 消息队列和共享内存
-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
-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
-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
-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
-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
-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
-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
-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
-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
-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
-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
-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
-23.1 I/O特点
--视频
-第二十三讲 I/O子系统--23.1 I/O特点
-23.2 I/O结构
--816C80A0F5E3B8809C33DC5901307461
-第二十三讲 I/O子系统--23.2 I/O结构
-23.3 I/O数据传输
--C58221E14388B9DB9C33DC5901307461
-第二十三讲 I/O子系统--23.3 I/O数据传输
-23.4 磁盘调度
--567A3F1FCBFB3F4C9C33DC5901307461
-第二十三讲 I/O子系统--23.4 磁盘调度
-23.5 磁盘缓存
--C327536B80D25CE79C33DC5901307461
-第二十三讲 I/O子系统--23.5 磁盘缓存
-html
--html
