首页 > 其他分享 >一个操作系统的设计与实现——第10章 任务(一):共享内核

一个操作系统的设计与实现——第10章 任务(一):共享内核

时间:2023-11-12 09:55:22浏览次数:37  
标签:10 操作系统 修改 地址 内核 PDE 页表

一直以来,我们的操作系统在启动后,运行的都是Kernel.c中的main函数。只运行这一个函数是不够的,操作系统应当有能力加载并运行其他程序。

从本章开始,将使用四章的篇幅讨论操作系统如何加载并运行任务。这里的任务(Task)与进程(Process)是同义词,在操作系统领域中,任务这个词更为常用,请读者知悉。

10.1 内核地址空间与任务地址空间

不同任务之间的内存应当是互相隔离的,这种隔离体现在页目录表上。只要操作系统为每个任务构造不同的页目录表,就能将每个任务的虚拟地址映射到不同的物理地址上。然而,操作系统是一个被所有任务共享的资源,这包括操作系统提供的GDT、IDT、各种函数等。怎么做到既隔离任务,又共享操作系统呢?

可以将4G的虚拟地址空间分为两部分,一部分专用于操作系统,剩下的用于任务。这样,只要保证内核的PDE在每个任务中都是一样的,就能实现操作系统的共享了。于是,在创建每个任务时,需要将内核的PDE复制到任务的页目录表中。

考察页分配器的实现:如果发现PDE不存在,就会分配一页,然后将页的物理地址与属性填入PDE。这一行为会导致页目录表被修改,而一旦页目录表发生修改,先前复制出去的内核PDE,就会和将来复制出去的内核PDE不同,这对于那些已经存在的任务来说是个隐患,一旦这些任务使用了新出现的PDE,就会因找不到PDE而引发错误。

想要避免这个问题,就需要在打开分页模式之前填好内核的所有PDE,并初始化内核的所有页表。这样一来,无论将来怎么分配内存,内核的PDE都不会再发生改变。

在我们的操作系统中,4G虚拟地址空间的前3G供任务使用,最后1G供内核使用,因此,内核可用的虚拟地址从0xc0000000开始。1个页表能够映射4M内存,所以,1G内存就需要256个页表。又因为页目录表的最后一项并没有指向页表,所以,只需要255个页表。1个页目录表和255个页表占用的内存刚好是1M,于是,可将其放置在0x100000~0x200000这段内存中。

10.2 重新组织内存

本章没有新增的模块,而是需要修改一些现有实现。

请看本章代码10/Mbr.s

第28行,将循环次数修改为0x100000 / 4。现在整个1M内存都用于页目录表和页表。

第33~42行,安装内核页目录表的第768~1022个PDE,这些PDE指向的页表的物理地址从0x101000开始向后递增,页属性为0x3。这样一来,由于第0个PDE和第768个PDE指向的都是第0个页表,所以从0x0开始的1M虚拟地址与从0xc0000000开始的1M虚拟地址是等价的。

在MBR中,以下三个地址需要抬升到内核地址空间:

  1. ESP
  2. GDT
  3. EIP

第64行,将ESP修改为低端1M内存可用部分的最高处:0xc00a0000,此地址以下的一页是内核栈。这样设计的目的将在后续章节中讨论。

第66~67行,将GDT的起始地址抬升到内核地址空间,然后重新加载GDT。

对EIP的修改将在稍后讨论。

第100行,将ELF缓冲区的地址抬升到内核地址空间。

第107~110行,将ELF中的几个地址抬升到内核地址空间。

第120行,将ELF的起始地址抬升到内核地址空间。

第137行,将ELF中的入口地址抬升到内核地址空间。

EIP可由jmp指令修改,而137行的这个jmp指令读取的是ELF中的入口地址,其值由链接器决定。所以,只要修改链接命令,就能在jmp指令执行时修改EIP了。

接下来,请看本章代码10/Makefile

第6行,将-Ttext-segment 0x0修改为-Ttext-segment 0xc0000000,从而将ELF中的所有地址都抬升到内核地址空间。

接下来,请看本章代码10/Print.hpp

需要将此文件中的所有0xb8...修改为0xc00b8...,使用代码编辑器的"替换"功能即可完成。

接下来,请看本章代码10/Memory.hpp

第12行,将物理地址位图的地址修改为0xc009e000,其位于内核栈的前一页。

第13行,将虚拟地址位图的地址修改为0xc009d000,其位于物理地址位图的前一页。

内核虚拟地址从0xc0100000开始可用。所以,第69行和第104行,将页分配器和页回收器的起始虚拟地址修改为0xc0100000

至此,针对内核地址空间的所有修改就都完成了。

10.3 测试

本章代码10/Kernel.c8/Kernel.c一样,用于测试修改后的内存管理系统与显卡驱动是否工作正常。

标签:10,操作系统,修改,地址,内核,PDE,页表
From: https://www.cnblogs.com/yingyulou/p/17825523.html

相关文章

  • 一个操作系统的设计与实现——第13章 任务(四):任务回收
    在前面的两章中,我们的操作系统均不支持任务回收,所以任务不能退出。本章将要实现的是任务回收功能。13.1任务回收的原理如果一个任务位于任务队列中,其就会被运行。所以,如果一个任务的运行已经结束,它就应该从任务队列中删除。仅仅将任务从任务队列中删除是不够的,这是因为任务还......
  • 读程序员的制胜技笔记10_可口的扩展
    1. 可扩展性1.1. 土耳其的一句谚语:“路到眼前必有车”1.1.1. “别为还没到来的事情烦恼”1.2. 单纯的高性能并不能使一个系统具有可扩展性,你需要让所有方面的设计都得能够迎合越来越多的用户1.3. 没有一个单一的方案可以解决我们所有的问题,我们需要把所有用来解决问题的......
  • P1910 L 国的战斗之间谍
    二维01背包的裸题#include<bits/stdc++.h>usingnamespacestd;intw[200],a[200],b[200];intf[2000][2000];intmain(){ intn,x,y; cin>>n>>x>>y; for(inti=1;i<=n;i++){ cin>>w[i]>>a[i]>>b[i]; } for(inti=1;i<=......
  • bam2wig.c:12:10: fatal error: bgzf.h: No such file or directory
     001、make编译报错如下:bam2wig.c:12:10:fatalerror:bgzf.h:Nosuchfileordirectory 002、查找该文件(base)[[email protected]]#find/-name"bgzf.h"##查找该文件,系统中不存在该文件(base)[[email protected]]# 003、在高算平台......
  • pythonDay10
    X模式,是只写模式,文件存在时则会报错,文件不存在则创建文件换行:r\  n\b模式案例及循环补充 flush刷新,只出现在测试场景 文件指针移动 ......
  • 每日总结(补11.10)
    今日收获今天主要是在准备11号的比赛啦~下午坐高铁到邯郸啦~看到了好大的雪~我们几个商量题目到12点多了~希望明天取得好成绩嘞~明天预计希望比赛取得好成绩!!......
  • windows操作系统中如何将apache zookeeper安装为系统服务
    记录一下,网上有些资料是错的,prunsrv的参数要以--开头!一下载最新版的apachecommonsdaemonhttp://archive.apache.org/dist/commons/daemon/binaries/windows/commons-daemon-1.3.4-bin-windows.zip解压,复制两个exe文件到zk的bin目录下二编写服务停止脚本(启动脚本不用自己......
  • 已收到10月礼品,感谢51CTO
    今天已经收到了51CTO博客十月摸鱼的礼品。虽然在51CTO注册了很长时间了(原来有软考论坛的时候就天天在),博客文章也发过。但后来由于诸多原因,就没怎么来发博客了。之前也没关注这么好的活动,上个月发现了这个摸鱼的活动挺好的。但天天找发博文的主题还是有些考验人的。我是在还有22天的......
  • 已收到10月礼品,感谢51CTO
    今天已经收到了51CTO博客十月摸鱼的礼品。虽然在51CTO注册了很长时间了(原来有软考论坛的时候就天天在),博客文章也发过。但后来由于诸多原因,就没怎么来发博客了。之前也没关注这么好的活动,上个月发现了这个摸鱼的活动挺好的。但天天找发博文的主题还是有些考验人的。我是在还有22天的......
  • bam2hints.cc:16:10: fatal error: api/BamReader.h: No such file or directory
     001、make编译报错如下:bam2hints.cc:16:10:fatalerror:api/BamReader.h:Nosuchfileordirectory 002、在系统中查找该文件(base)[[email protected]]#find/-name"BamReader.h"##系统中果然不存在该文件;因此解决思路就是安装该文件 003、貌......