操作系统ucore lab2实验报告

Lab2

Exercise0：填写已有实验

使用meld将lab1中的代码填入实验中

Exercise1：实现 first-fit 连续物理内存分配算法

default_init()

static void
default_init(void) {
list_init(&free_list);
nr_free = 0;
}

这个函数的正确代码已经给出，不需要进行修改。

函数的作用是对free_list进行初始化，对free_list 的头结点进行初始化，并且把free_list 中的nr_free设置为0，也就是把当前的空闲页中空闲页的数量先初始化为0。

default_init_memmap(struct Page *base, size_t n)

static void
default_init_memmap(struct Page *base, size_t n) {
assert(n > 0);
struct Page *p = base;
for (; p != base + n; p ++) {
assert(PageReserved(p));//检查是否是保留页
p->flags = p->property = 0;//设置标志位和property为0
set_page_ref(p, 0);//将此页的引用计数设为零
}
base->property = n;//初始化块首的property为整个free_list的大小
SetPageProperty(base);//将块首的标志位设置为free
nr_free += n;//把free_list中的空闲块数量设置为n
list_add_before(&free_list, &(base->page_link));//最后把整个空闲块加到free_area_t 中
}

这个函数的代码也已经给出，但其中有一些小的问题

问题出在把以base为头的整个空闲页链表加到free_list中时，最初给出的代码是把整个块加到头指针的后面，我把这里改成了加在头的前面，由于这是个双向循环链表，并且刚刚初始化，还是个空的链表，所以两个方法的结果是相同的，但是意义却是不同的。

在这几行代码中有些需要注意的地方：

p->flags = p->property = 0;//设置标志位

在这里把标志位直接设置为了0，我们根据指导书可以知道，flag中许多的标志位，其中两个：

#define PG_reserved 0
#define PG_property 1

PG_reserved ：位于flag的第一位bit0处，表示此页是否被保留，如果是被保留的页，则bit 0会设置为1，且不能放到空闲页链表中，即这样的页不是空闲页，不能动态分配与释放。比如目前内核代码占用的空间就属于这样“被保留”的页。

PG_property ：位于flag的第二位bit1处，表示此页是否是free的，如果设置为1，表示这页是这个内存块的第一个free的页，并且这个free的块是可以被分配的；如果设置为0，表示这页已经被分配出去了，不能被再二次分配，或者是这个页不是空闲区块的第一个页.

　static struct Page *default_alloc_pages(size_t n)

这个函数的作用是为进程分配大小为n的空闲页

步骤如下：

判断空闲页链表中的空闲页的个数是否大于n，如果不大于则直接返回NULL

遍历整个空闲页链表，直到找到大于n的空闲块或者遍历完一遍

如果找到了就把要占用的空闲块从空闲链表中删除，并且重新设置标志位，把这个块没分配完的部分重新加回到空闲链表中，重新计算空闲页的个数，然后返回分配的页地址

如果没找到就返回NULL

static struct Page *
default_alloc_pages(size_t n) {
assert(n > 0);
if (n > nr_free) {//如果需要的空闲的个数大于所有的空闲页的个数的总和，直接返回NULL
return NULL;
}
struct Page *page = NULL;//用于存储找到的空闲块的第一个页
list_entry_t *prev ;//用于存储找到的空闲块的第一个页的前一个页
list_entry_t *le = &free_list;
//cprintf("%d******\n", page->property);
while ((le = list_next(le)) != &free_list) {//遍历整个空闲块链表，直到遍历完一遍
//cprintf("---------------\n");
struct Page *p = le2page(le, page_link);//得到当前位置的page
if (p->property >= n) {//如果找到符合条件的区块
page = p;//将找到的这个页存储起来
//cprintf("%d+++++++\n", page->property);
prev = list_prev(le);//将这个页的前一个块也存储起来
break;
}
}
if (page != NULL) {//如果找到了符合条件的块
list_del(&(page->page_link));//把将要占用的空闲块从空闲块链表中删除
if (page->property > n) {//如果用完后这个块还有剩余
struct Page *p = page + n;
p->property = page->property - n;
SetPageProperty(p);
list_add(prev, &(p->page_link));//就把这个剩下的块加到原来块的位置上去
}

nr_free -= n;//将整个空闲链表的大小减去n
ClearPageProperty(page);//把这个空闲块改为已经使用的块
}
return page;
}

static void default_free_pages(struct Page *base, size_t n)

这个函数的作用是把用完的页释放掉，并且把这些块合并到空闲链表中去

步骤如下：

把这个块中的页都设置为空闲页

在free_list中遍历查找这个块应该插入的位置

把整合后的块放入free_list中，并判断是否与free_list中已有的块相接

如果相接，就把两个块整合在一起，并且把已经整合的块从free_list中删除

static void default_free_pages(struct Page *base, size_t n) {
assert(n > 0);
struct Page * p = NULL;

base->flags = 0;
base->property = n;       //该空闲页大小为n
SetPageProperty(base);    //将该页设置为空闲页
set_page_ref(base,0);

list_entry_t *le = &free_list;

while((le=list_next(le)) != &free_list) {//遍历整个空闲链表找到合适的插入位置
p = le2page(le, page_link);
if(p> base){//第一个大于base的空闲块
break;
}
}
if(p > base)//如果找到了合适的位置，就把base插入到这个位置前面
le= &(p->page_link);
else//如果没有找到，说明这个块应该在整个空闲链表的最後面，所以插入到头的前面
le = &free_list;

list_add_before(le,&(base->page_link));//将整合后的块添加到空闲列表中
if (le != &free_list){
if( base+n == p ){ //待整合的空闲块在原有空闲块的低位地址
base->property += p->property; //更新该空闲块大小
p->property = 0;
list_del(&(p->page_link));  //将已整合的块从空闲列表中删除
}
}
le = list_prev(&(base->page_link));
if (le!= &free_list){
p = le2page(le,page_link);
if (p+p->property == base){ //待整合的空闲块在原有空闲块的高位地址
p->property += base->property; //更新该空闲块大小
base->property = 0;
list_del(&(base->page_link)); //将已整合的块从空闲列表中删除
}
}
nr_free += n;
return ;
}

Exercise2：实现寻找虚拟地址对应的页表项

通过页目录表的基址和偏移，找到对应的页表，并且返回出去。如果找不到这个页表，也就是这个页表不存在的话，就创建一个页表，并且对页表进行初始化。

pte_t *
get_pte(pde_t *pgdir, uintptr_t la, bool create) {
pde_t *pdep = &pgdir[PDX(la)]; //根据页目录表的基址和偏移得到页表的基址
if (!(*pdep & PTE_P)) {  //如果这个页表不存在就创建此页表
struct Page *page;
if (!create || (page = alloc_page()) == NULL) {//如果不允许创建页表或者创建失败就返回NULL
return NULL;
}
set_page_ref(page, 1);//创建成功后对该页的引用次数进行设置
uintptr_t pa = page2pa(page);//获取该页的线性地址
memset(KADDR(pa), 0, PGSIZE);//根据页的地址为页表初始化内存空间
*pdep = pa | PTE_U | PTE_W | PTE_P;//设置此表的一系列权限
}
return &((pte_t *)KADDR(PDE_ADDR(*pdep)))[PTX(la)];  //对pdep进行转化，转化为pte_t
}

Exercise3：释放某虚地址所在的页并取消对应二级页表项的映射

通过页目录表的基址和偏移释放需要的页。如果这个页只有一个引用，也就是说这个页只有一个进程映射到这个页，那么这个页表就可以直接释放掉。但是如果有多个引用，也就是说有多个进程对应到这个页的话，就只把这个页对应的二级页表中的页表项置为零。

static inline void
page_remove_pte(pde_t *pgdir, uintptr_t la, pte_t *ptep) {
if (*ptep & PTE_P) {                    //判断页表中该表项是否存在
struct Page *page = pte2page(*ptep);
if (page_ref_dec(page) == 0) {      //判断是否只被引用了一次
free_page(page);                //如果只被引用了一次，那么可以释放掉此页
}
*ptep = 0;                          //如果被多次引用，则不能释放此页，只用释放二级页表的表项
tlb_invalidate(pgdir, la);          //更新TLB，将TLB中缓存的部分设置为无效
}
}