[原创]JOS_lab2实验报告: 内存管理及异常初始化

【JOS Kernel 实验报告：内存管理与异常初始化】 在这个实验中，主要涉及了操作系统内核JOS（简明操作系统）中的两个关键组件：内存管理和异常处理。实验目的是理解和实现虚拟内存机制以及物理内存的分配与回收，同时初始化异常处理句柄。 1. **虚拟内存**：虚拟内存系统的核心是两级页表机制。虚拟地址（VA）由段选择子和段内偏移地址组成，当分页机制未启用时，虚拟地址通过分段机制直接转换为物理地址。启用分页后，虚拟地址的段内偏移部分与线性地址相同，线性地址通过页目录（PDEs）和页表（PTEs）进行转换。每个PDE对应一个页表，而每个PTE对应物理页面。分页机制的控制位于CR0寄存器的PG位，当PG为1时，分页开始工作。线性地址的高10位决定页目录索引，中间10位决定页表索引，低12位作为页内偏移。 2. **物理内存管理**：实验要求实现物理页面的分配和回收机制。每个物理页面用Page结构体表示，记录其状态（空闲或已分配）和访问信息。关键函数包括： - `boot_alloc()`：初始化阶段的内存分配，用于分配物理页面。 - `page_init()`：初始化物理页面管理，建立空闲页链表。 - `page_alloc()`：分配物理页面，从空闲页链表中选择并标记为已分配。 - `page_free()`：回收物理页面，将释放的页面返回到空闲页链表。 3. **异常处理**：实验要求初始化异常处理程序，这涉及到对CPU异常的响应，例如页故障（Page Fault）或其他硬件产生的异常。当虚拟地址映射不存在或者页面权限不符合时，会发生页故障，此时需要通过异常处理程序来处理，可能的操作包括分配新页面、更新页表或者抛出错误。 实验过程涵盖了对虚拟地址和物理地址转换的理解，分页机制的实现，以及内存分配算法的编写。通过这个实验，学生可以深入理解操作系统如何管理内存资源和处理运行时错误，这对于构建和优化操作系统至关重要。 这个实验是UCLA高级操作系统课程的一部分，通过两周的时间，学生林芊得以深入学习和实践这些概念，收获了丰富的经验。实验参考了官方网站上的资料，确保了学习的准确性和完整性。