操作系统实验报告----进程管理 本实验报告的主要目的是掌握 Linux 中进程的创建方法及执行情况，深入理解进程、进程树等概念，并掌握系统调用 exit() 和 _exit() 的使用。此外，还将分析进程竞争资源的现象，并学习解决进程互斥的方法。 一、进程管理实验目的 1. 掌握 Linux 中进程的创建方法及执行情况 2. 加深对进程、进程树等概念的理解 3. 掌握 Linux 中如何加载子进程自己的程序 4. 掌握父进程通过创建子进程完成某项任务的方法 5. 掌握系统调用 exit() 和 _exit() 的使用 6. 分析进程竞争资源的现象，学习解决进程互斥的方法 二、实验内容 （一）进程的创建 1. 编写一段程序，使用系统调用 fork() 创建两个子进程。当此程序运行时，在系统中有一个父进程和两个子进程活动。让每一个进程在屏幕上显示一个字符。 （二）进程树的创建 1. 运行以下程序，分析程序执行过程中产生的进程情况。 #include main(){ int p,x; p=fork(); if (p>0) fork(); else{ fork(); fork(); } sleep(15); } 实验步骤： 1. 编译连接：gcc –o forktree forktree.c 2. 后台运行：./forktree & 3. 使用 pstree –h 查看进程树 运行结果： ├─gnome-terminal─┬─bash─┬─forktree─┬─forktree─┬─forktree───forktree │ │ │ │ └─forktree │ │ │ └─forktree │ │ └─pstree 分析：程序运行，系统首先创建一个进程 forktree，执行到 p=fork() 创建一个子进程 forktree，子进程获得处理机优先执行，父进程等待；执行 else，当执行到第一个 fork() 函数时，子进程创建了一个进程 forktree，称之为孙进程，孙进程获得处理机往下执行，子进程等待；执行到第二个 fork() 函数时，孙进程又创建一个进程 forktree，称之为重孙进程，重孙进程很快执行完，将处理机还给孙进程，孙进程很快执行完，将处理机还给子进程；子进程继续往下执行，执行到第二个 fork() 函数，又创建一个进程 forktree，称之为第二孙进程，并获得处理机执行，此进程很快执行完，将处理机还给子进程，子进程也很快执行完，将处理机还给父进程，父进程 P>0 执行 if 语句，运行 fork() 函数，又创建一个进程 forktree，称之为第二子进程，此进程获得处理机执行很快运行完，将处理机还给父进程，父进程运行 sleep(15) 语句，休眠 15 秒，用 pstree 命令查询进程树。 （三）进程之间的关系 1. 运行程序，分析运行结果。 #include main(){ int p,x,ppid,pid; x=0; p=fork(); if(p>0) { printf("parent output x=%d\n",++x); ppid=getpid(); printf("This id number of parent is:ppid=%d\n",ppid); } else { printf("child output x=%d\n",++x); pid=getpid(); printf("This id number of child is:pid=%d\n",pid); } } 运行结果： Parent output x=1 This id number of parent is:ppid=3110 Child output x =1 This is number of child is:pid=3111 分析：fork 创建进程的时候子进程与父进程共享代码区，子进程复制父进程的数据区，所以，两个进程中的数据互不影响都是 1。 （四）进程的竞争资源 1. 编写一个死循环程序，观察进程的行为。 #include main(){ while（1）{ } } 实验步骤： 1. 编译：gcc loop.c –o loop 2. 运行：./loop & 本实验报告旨在让学生掌握 Linux 中进程的创建方法及执行情况，深入理解进程、进程树等概念，并掌握系统调用 exit() 和 _exit() 的使用。此外，还将分析进程竞争资源的现象，并学习解决进程互斥的方法。

基于Rust语言实现的2022年春季学期ucore操作系统实验教学项目_包含lab1-lab5五个实验模块_操作系统内核开发_进程管理_内存管理_文件系统_设备驱动_中断处理_系统.zip扣子COZE AI 编程案例 本文档是关于基于Rust语言实现的ucore操作系统实验教学项目，项目包含了五个实验模块，涉及操作系统内核开发的多个核心领域。Rust语言因其高效、安全的特性，被用于构建ucore操作系统，这是一个教学操作系统，旨在帮助学生深入理解操作系统底层原理。 五个实验模块包括： 1. 进程管理：在这个模块中，学生将学习如何在ucore中创建、调度和管理进程。进程管理是操作系统的核心功能，它涉及到进程的创建、终止、阻塞和唤醒等操作，以及进程间的同步和通信机制。 2. 内存管理：内存管理模块涵盖了虚拟内存的管理、物理内存的分配与回收、内存映射等知识点。这部分内容是理解操作系统如何高效利用物理内存的关键。 3. 文件系统：文件系统模块让学生有机会学习操作系统是如何组织和管理数据存储的。包括文件的创建、删除、读写操作，以及目录的管理。 4. 设备驱动：在设备驱动模块中，学生将接触到如何为操作系统编写设备驱动程序，这是连接硬件和软件的桥梁，学习如何控制和访问各种硬件设备。 5. 中断处理：中断处理模块涉及操作系统对硬件中断的响应机制。中断是操作系统处理各种事件，如输入输出请求、异常情况等的重要方式。 此外，文档中提到的“附赠资源.docx”可能是对实验指导或额外教学材料的文档，而“说明文件.txt”则可能包含项目的安装指南、使用说明或实验要求等。“OS_lab-master”是一个代码库，可能包含了实验项目的所有源代码和相应的实验指导。 Rust语言的引入为操作系统教学带来了新的视角。传统上，操作系统课程多使用C语言进行教学，因为C语言接近硬件，运行效率高。然而，Rust语言提供了内存安全保证，能够避免C语言中常见的内存错误，如空指针解引用、缓冲区溢出等。这使得学生在学习操作系统原理的同时，也能接触到现代编程语言的安全特性，从而更好地准备他们面对现代软件开发挑战。 Rust语言的引入还反映了操作系统课程与时俱进的趋势。随着技术的发展，操作系统越来越注重跨平台、安全性和并发性，Rust语言恰好满足了这些需求。通过使用Rust语言实现操作系统，学生能够更加深刻地理解操作系统的这些现代特性，并在未来的工作中更好地适应新的技术挑战。 该项目非常适合计算机科学与技术专业、软件工程专业以及对操作系统底层原理感兴趣的读者学习。学生通过实际编程实践，可以加深对操作系统核心概念的理解，比如进程、内存、文件系统的操作和管理，以及如何编写高效可靠的设备驱动和中断服务程序。 该项目是一个全面、系统的操作系统学习平台，它利用Rust语言的先进特性，为学生提供了一个安全、高效的学习环境，帮助他们全面掌握操作系统的设计和实现。

操作系统实验一的主题是系统调用，主要涉及到Linux内核和软件工程实践。在这个实验中，学生需要理解如何在操作系统中实现和使用系统调用。实验的初始步骤包括使用Subversion (SVN) 从指定的URL下载EPOS（可能是Embedded POSIX Operating System）的源代码，这是一个用于学习操作系统的开源项目。在实验环境中，使用Notepad++和命令行工具进行代码编辑和编译。 EPOS源代码包含了不同类型的文件，如`.h`头文件，`.c`C语言源文件，以及`.S`汇编语言文件。运行`make run`命令会在命令行环境下编译并执行代码，启动QEMU虚拟机来测试和展示实验结果。在实验过程中，如果遇到错误，可以通过`make debug`启动Bochs Enhanced Debugger进行调试。调试涉及查看汇编代码，因为C语言编写的高级代码会被编译成汇编指令执行。 实验的核心部分是实现一个新的系统调用，例如获取当前时间。在Kernel space（内核空间）中，需要在`machdep.c`中编写系统调用函数`sys_time()`，返回自启动以来的总时间。同时，要在`kernel.h`中声明这个函数，并在`syscall-nr.h`中定义系统调用号。在`machdep.c`的`syscall`函数中，根据系统调用号添加分支处理`sys_time`。 在User space（用户空间）中，需要在`syscall-wrapper.S`中添加汇编语言接口`WRAPPER(time)`，并在`syscall.h`中提供C语言的接口`time_t time(time_t *loc)`。在`main.c`中实际调用这个系统调用，通过`time(NULL)`或`time(pointer)`来获取当前时间，并通过`printf`打印出来。 实验完成后，可以使用`make clean`命令删除`.o`目标文件，保持工作区整洁。再次运行`make run`，会在QEMU中看到预期的输出，即当前的时间戳。 这个实验旨在让学生熟悉操作系统内核级别的编程，理解系统调用的实现过程，以及如何在用户态和内核态之间交互。通过实际操作，学生可以学习到版本控制、C语言编程、汇编语言接口、调试技巧，以及如何在虚拟环境中测试和验证操作系统组件。这个实验是操作系统课程的重要组成部分，有助于深入理解操作系统的基本原理和功能。

### 操作系统实验——线程的调度 #### 实验背景及目标 本次实验旨在通过实践操作，使学生深入了解操作系统中的线程调度机制，特别是优先级调度策略。通过一系列的步骤，包括修改现有代码来实现线程的静态优先级与动态优先级，并基于此设计并实现一种优先级调度算法。实验完成后，学生应能够掌握以下知识点： 1. **线程优先级的基本概念**：了解线程优先级的概念及其分类。 2. **静态优先级与动态优先级的区别**：理解两种优先级的不同之处以及它们是如何影响线程调度的。 3. **优先级调度算法的设计与实现**：学会如何设计并实现一个简单的优先级调度算法。 #### 实验内容详解 1. **静态优先级 (nice)**：静态优先级是指为线程设置的一个初始优先级值，它通常不会随着时间或线程的行为而改变。除非通过特定的系统调用如 `setpriority` 进行手动调整。在这个实验中，我们将通过以下几个步骤实现静态优先级： - 在 `struct tcb` 结构体中添加一个新的成员变量 `nice`，代表线程的静态优先级。 - 初始化新创建的线程时，默认将 `nice` 设置为0。 - 提供系统调用 `sys_getpriority` 和 `sys_setpriority` 来获取和设置线程的静态优先级。 2. **动态优先级 (priority)**：动态优先级是系统根据线程的使用情况（例如CPU使用时间）和当前系统负荷自动计算出的优先级。为了实现动态优先级的计算，我们需要执行以下操作： - 在 `struct tcb` 结构体中增加两个新成员变量：`estcpu` 和 `priority`。 - `estcpu` 记录线程最近使用的CPU时间量。 - `priority` 代表线程的动态优先级，其计算公式为：`priority = PRI_USER_MAX - (estcpu / 4) - (nice * 2)`，其中 `PRI_USER_MAX` 定义了最高可能的用户线程优先级，`estcpu` 是线程最近使用的CPU时间量，`nice` 是线程的静态优先级。 - 动态优先级的计算需要考虑系统当前的平均负荷，因此引入全局变量 `g_load_avg` 来跟踪系统的平均负荷。 3. **全局变量 `g_load_avg`**：这个变量用于存储系统的平均负荷。系统负荷会影响线程的动态优先级计算，因此我们定期更新这个值。具体的实现方法如下： - 在定时器中断处理程序中更新 `g_load_avg`。 - 每秒更新一次 `g_load_avg` 的值，公式为：`g_load_avg = (59/60) * g_load_avg + (1/60) * nready`，其中 `nready` 表示处于就绪状态的线程数量。 4. **优先级调度算法的实现**：在完成以上准备工作后，我们可以修改 `schedule` 函数以实现优先级调度算法。具体步骤如下： - 在 `schedule` 函数中计算每个线程的动态优先级 `priority`。 - 根据优先级选择下一个要执行的线程。 - 特别需要注意的是，`task0`（即线程0）是一个特殊线程，只有在没有其他可运行线程的情况下才会被调度执行。 5. **测试与验证**：最后一步是测试实现的调度算法是否正确工作。可以通过编写测试脚本或使用现有的测试框架来验证线程调度的行为是否符合预期。 #### 实验环境 - **编译器**：GCC - **链接器**：LD - **调试器**：GDB - **模拟器**：QEMU #### 实验步骤总结 1. **添加静态优先级字段**：在 `struct tcb` 中添加 `nice` 字段，并初始化。 2. **增加系统调用**：实现 `sys_getpriority` 和 `sys_setpriority` 以获取和设置线程的静态优先级。 3. **增加动态优先级相关字段**：在 `struct tcb` 中添加 `estcpu` 和 `priority` 字段。 4. **实现全局变量 `g_load_avg`**：用于跟踪系统的平均负荷。 5. **计算属性**：在定时器中断处理函数中计算 `g_load_avg` 和线程的 `estcpu`。 6. **修改调度函数**：在 `schedule` 函数中实现优先级调度算法。 7. **测试调度器**：编写测试脚本来验证调度算法的正确性。 通过以上步骤的学习与实践，学生不仅能够深入了解线程调度机制，还能掌握如何在实际操作系统中实现这些机制。这对于未来从事操作系统开发或研究的学生来说是非常宝贵的实践经验。

【实验报告概述】 本次实验主要关注的是Linux操作系统中的文件基本操作，包括目录管理、路径理解、文件类型识别、文件属性查看、编辑器使用等。实验旨在加深学生对Linux操作系统的理解和掌握，提升其在终端中进行文件操作的能力。 【实验内容详解】 1. **目录结构创建**：学生需在自己的主目录下建立一个符合特定结构的目录树。这涉及到`mkdir`命令的使用，通过递归创建多个子目录。 2. **路径操作**：理解绝对路径和相对路径的概念，通过`pwd`命令获取当前工作目录的绝对路径，`cd`命令则用于切换目录。 3. **主目录、登录目录和工作目录**：了解主目录通常为`/home/用户名`，登录目录即首次登录时所在的目录，而工作目录则是当前所在的目录，可以通过`pwd`命令查看。 4. **文件类型和隐含文件**：文件类型包括普通文件、目录文件、链接文件等，通过`ls -l`可以查看。隐含文件（隐藏文件）是首字符为`.`的文件，如`.profile`。 5. **文件属性**：文件的权限、所有者、组信息等可通过`ls -l`查看。 6. **编辑器使用**：实验中涉及了`vi`和`emacs`两个文本编辑器的使用，包括文件的创建、编辑、保存和退出操作。 7. **Linux内核映像文件**：找到内核映像文件，通常位于`/boot`目录下，名为`vmlinuz`或`vmlinuz-版本号`，通过`file`命令查看文件类型。 8. **查找文件**：利用`find`命令查找`.profile`和`.login`文件，并查看其内容。 9. **显示隐含文件**：使用`ls -a`命令列出主目录下的所有文件，包括隐含文件。 10. **编写和运行bash脚本**：使用`vi`创建一个包含特定命令的bash脚本，如`echo $SHELL`和`chsh -l`，然后运行此脚本来查看当前shell及可用的shell列表。 11. **emacs编辑器操作**：使用emacs编辑器创建新文件，并输入指定文本，`-nw`选项表示在终端中运行而非图形界面。 12. **创建lab1文件**：在lab目录下创建lab1文件，内容为实验问题的文本。使用`cat`或`more`等命令查看文件内容和类型。 【实验要求】 学生需要在实验报告中详细记录每一步的操作过程，包括输入的命令和命令的输出结果，同时，对于涉及编辑器的部分，还需要展示编辑后的文件内容。通过这样的方式，不仅能够检验学生对Linux基本操作的掌握程度，也能培养他们解决问题和记录实验过程的能力。 【总结】 本实验是计算机操作系统教学的重要组成部分，通过实际操作，学生能更深入地理解Linux文件系统和命令行工具的使用，为后续的学习和工作中处理文件和系统管理打下坚实基础。

山东大学软件学院大二下操作系统实验源代码+高分报告.7z 经导师指导并认可通过的高分项目，评审分98分。 主要针对计算机相关专业和需要项目实战练习的学习者，也可作为课程设计、期末大作业的参考资料。 经导师指导并认可通过的高分项目，评审分98分。 主要针对计算机相关专业和需要项目实战练习的学习者，也可作为课程设计、期末大作业的参考资料。 经导师指导并认可通过的高分项目，评审分98分。 主要针对计算机相关专业和需要项目实战练习的学习者，也可作为课程设计、期末大作业的参考资料。 经导师指导并认可通过的高分项目，评审分98分。 主要针对计算机相关专业和需要项目实战练习的学习者，也可作为课程设计、期末大作业的参考资料。 经导师指导并认可通过的高分项目，评审分98分。 主要针对计算机相关专业和需要项目实战练习的学习者，也可作为课程设计、期末大作业的参考资料。 经导师指导并认可通过的高分项目，评审分98分。 主要针对计算机相关专业和需要项目实战练习的学习者，也可作为课程设计、期末大作业的参考资料。 经导师指导并认可通过的高分项目，评审分98分。 主要针对计算机相关专业和需要项目实战练习的

| | | | 否 | 否 | | | :--: | :--: | :--: | :--: | :--: | ---- | **实现了哪些功能（已实现，并且测试正确的打勾）** [√] 打印当前目录下所有文件和目录名，类似于ls简易版 [√] 打印文件/目录的文件控制块 [√] 打印整个文件分配表 [√] 切换目录，类似于cd功能 [√] 创建文件、删除文件 [√] 创建目录、删除文件 #### 2.ls简易版 ##### 2.1 实现思路及伪代码 实现思路：使用`opendir`函数打开指定的路径，如果路径无效或者无法访问，`opendir`会返回NULL，此时打印错误信息并结束函数。然后使用`readdir`函数循环读取目录中的每一个条目，`readdir`函数在读取到目录末尾时会返回NULL，因此可以用它来控制循环的结束。在读取条目的过程中，如果条目的名称不是".“或”…“，就将其打印出来，”.“和”…"在Unix系统中分别代表当前目录和父目录，通常在列出目录内容时会被忽略。 ``` 定义函数 ls(path: 字符串) ### 操作系统实验——实现FAT12文件系统的关键知识点 #### 1. FAT12文件系统的概述 FAT12文件系统是一种较早的文件系统格式，主要用于较小的存储设备，如软盘等。其主要特点在于使用12位（即1.5字节）的簇号来表示文件分配表中的链表。由于每个簇号占用12位，FAT12文件系统最多可以支持\(2^{12} - 2 = 4094\)个簇（减去两个用于标记未使用的簇和坏簇的值）。这意味着在每簇大小为512字节的情况下，该文件系统最大可以支持大约2MB的存储空间。 #### 2. 实现的功能及技术细节 - **打印当前目录下所有文件和目录名** - **实现思路**：利用标准库函数`opendir`和`readdir`。`opendir`函数用于打开一个目录流，若成功则返回一个非空的DIR结构体指针；`readdir`函数则用于读取目录流中的目录项。 - **伪代码**： ```c void ls(const char *path) { DIR *d; struct dirent *dir; d = opendir(path); if (d == NULL) { perror("opendir"); return; } printf("内容如下：\n"); while ((dir = readdir(d)) != NULL) { if (strcmp(dir->d_name, ".") == 0 || strcmp(dir->d_name, "..") == 0) continue; printf("%s\n", dir->d_name); } closedir(d); } ``` - **技术细节**：避免打印`.`和`..`这两个特殊目录，因为它们分别代表当前目录和父目录，通常在列出目录内容时被忽略。 - **打印文件/目录的文件控制块** - **实现思路**：读取磁盘上的文件控制块（FCB）信息，这些信息包含了文件的基本属性。 - **伪代码**： ```c void print_FCB(struct root_dir_entry *root_dir, const char *disk, int offset, int root_ent_cnt) { int fd = open(disk, O_RDONLY); if (fd < 0) { perror("无法打开磁盘文件"); return; } for (offset; offset <= offset + 32 * (root_ent_cnt - 1); offset += 32) { pread(fd, root_dir, sizeof(struct root_dir_entry), offset); if (root_dir->name[0] == 0xE5) continue; if (root_dir->name[0] == 0x00) break; printf("名称："); for (int i = 0; i < 8; i++) printf("%c", root_dir->name[i]); printf("\n扩展名："); // 打印扩展名 printf("\n属性："); for (int i = 7; i >= 0; i--) { if ((root_dir->attributes & (1 << i)) != 0) printf("%d", 1); else printf("%d", 0); } printf("\n"); // 其他字段的打印 } close(fd); } ``` - **技术细节**：文件控制块中的属性字段通常采用位字段的方式表示不同的属性标志，例如是否为只读、是否隐藏等。通过位操作来获取各个属性。 - **打印整个文件分配表** - **实现思路**：遍历文件分配表中的每一项，并打印出每个簇的状态。 - **技术细节**：FAT12文件系统中的每个簇号使用12位表示，需要考虑如何正确地读取和解释这些簇号。 - **切换目录** - **实现思路**：通过改变当前工作目录来实现类似`cd`命令的功能。 - **技术细节**：使用`chdir`函数可以更改当前工作目录，但需要注意权限问题。 - **创建文件、删除文件** - **实现思路**：利用系统调用`open`和`unlink`来实现。 - **技术细节**：`open`函数可以用于创建新文件，而`unlink`函数则用于删除已存在的文件。 - **创建目录、删除文件** - **实现思路**：使用`mkdir`和`rmdir`函数。 - **技术细节**：`mkdir`用于创建目录，`rmdir`用于删除空目录。注意`rmdir`只能删除空目录，如果要删除非空目录，则需要先删除目录中的所有文件和子目录。 #### 3. 测试过程及案例设计 - **测试用例**：设计多种测试场景，包括但不限于： - 测试空目录的情况。 - 测试含有多个文件和子目录的目录。 - 测试包含特殊文件名（如含有空格、特殊符号等）的文件或目录。 - 测试文件或目录的创建、删除操作。 - **测试结果**：根据预期输出与实际输出的一致性来评估功能的正确性。 本实验不仅涵盖了基本的文件系统操作，还深入探讨了FAT12文件系统的工作原理及其实现细节，对于理解计算机操作系统底层机制具有重要意义。

从提供的文件内容中，我们可以提炼出关于操作系统实验报告的知识点。本文将以操作系统为核心，结合实验报告的结构，详细地阐述操作系统的基本概念、实验的目的和内容、以及实验的总结方法。 操作系统是计算机系统中最重要的系统软件，它是应用程序和计算机硬件之间的接口。其主要功能包括进程管理、内存管理、文件系统管理、设备管理和用户接口。操作系统实验的目的在于加深对操作系统理论知识的理解，并通过实验手段掌握操作系统的实际应用。 实验报告通常由几个部分组成：实验目的、实验内容和实验总结。实验目的是整个实验的指导思想，需要明确指出实验要达成的目标，比如理解某种特定操作系统的功能或者掌握某个特定操作系统的操作。实验内容是实现实验目的的具体步骤和方法，一般包括设计思想及算法流程、源程序清单以及运行结果。设计思想和算法流程描述了实验所采用的方法和解决问题的步骤；源程序清单则是实验中所用到的代码；运行结果是实验的最终输出，通常需要截图或者详细的数据记录。实验总结是对整个实验过程的回顾和评价，要总结实验中遇到的问题以及解决问题的过程，同时还要对实验结果进行分析，评价实验是否达到了预期的目标。 根据文件内容，可以看出报告涉及的三个具体实验： 1. 观察Linux的行为。该实验的目的是让学生了解和掌握Linux操作系统的基本工作原理和行为。实验内容中包括对Linux系统中进程、内存、文件系统等方面的行为进行观察，并记录相应的运行结果。 2. 软中断通信实验。这个实验的目的在于理解操作系统中断机制的工作原理，特别是在软中断方面。通过实验，学生将学习如何设计和实现软中断通信，以及如何记录和分析软中断在实际操作中的表现。 3. 线程同步实验。该实验旨在通过实验的方式使学生掌握操作系统中线程同步的原理和方法。实验内容会包括设计线程同步机制、编写相关线程同步的程序代码以及记录和分析线程同步实验的运行结果。 实验报告的撰写要遵循客观、真实、准确、完整的原则。报告应当详细记录实验过程中的所有操作步骤和实验结果，无论成功或失败，都要真实地反映。对于实验过程中出现的问题和异常情况，应当进行详细分析，并提出可能的原因和解决方案。

操作系统中的地址映射是计算机内存管理的关键组成部分，它涉及到程序执行时如何将逻辑地址转换为物理地址，确保正确地访问内存。本实验主要探讨了三种类型的地址：物理地址、逻辑地址和虚拟地址，以及地址转换的过程，特别是针对段页式管理的实现原理。 1. 物理地址：物理地址是内存单元实际的、唯一的地址，直接对应于内存芯片的存储位置，是硬件层面的地址。在编程或操作系统中并不直接使用物理地址。 2. 逻辑地址：逻辑地址是程序中使用的地址，由编译器或链接器分配，它代表程序中指令或数据相对于程序起始位置的偏移。在Intel的段式管理中，逻辑地址由段标识符和段内偏移量组成。 3. 虚拟地址：在386保护模式下运行的Windows程序中，虚拟地址是程序实际使用的地址，也是逻辑地址的等价物。虚拟地址允许操作系统为每个进程创建独立的地址空间，提供内存保护和地址空间的抽象。 4. 地址转换：CPU通过两次转换将逻辑地址转化为物理地址。逻辑地址经过段式管理单元转化为线性地址，然后线性地址通过页式管理单元转化为物理地址。这个过程中涉及段表和页表，以及可能的段号、页号和页内偏移量。 5. 段页式管理：在这种管理方式中，进程的虚拟地址由段号、页号和页内偏移地址组成。每个进程有一个段表，每个段有自己的页表，用于存储段内的虚页到物理页的映射。段表中包含指向页表的地址和页表长度，以便进行地址转换。 6. 动态地址变换：在段页式系统中，访问内存通常需要多次内存访问。从段表获取页表地址，然后查找页表以得到最终的物理地址。这种多级的地址查找增加了CPU的访问延迟，但提供了更高级别的地址管理和保护。 7. 实验目的：通过实验，学生将能够理解和掌握分页机制，了解页表的工作原理，熟悉寻址过程，以及各种寄存器在地址转换中的作用。同时，实验有助于学生深入理解段页式管理的实现细节和效率问题。 地址映射是操作系统中不可或缺的一部分，它保证了程序在内存中的有效管理和高效执行。通过实验学习，学生能更好地理解这一复杂但至关重要的概念。

操作系统是计算机系统的核心组成部分，负责管理和协调系统的硬件与软件资源，提供给用户和其他软件一个抽象的接口。在本次实验中，我们将深入探讨操作系统中的存储管理，特别是针对XV6操作系统的分页存储地址变换机制。XV6是一个简洁的UNIX-like操作系统，常用于教学和研究目的，它的内存管理机制对理解操作系统原理至关重要。 分页存储管理系统是现代计算机系统中广泛采用的一种内存管理方式。它的核心思想是将物理内存划分为固定大小的页框，同时将进程的虚拟地址空间分割成同样大小的页。通过页表，系统能够将虚拟地址映射到物理地址，实现地址变换。 在XV6中，地址变换的过程如下： 1. **虚拟地址结构**：XV6的虚拟地址由两部分组成：页号（Page Number, PN）和页内偏移（Page Offset, PO）。页号指示了虚拟地址所属的页，而页内偏移则指明了该地址在页内的位置。 2. **页表**：XV6使用单级页表，每个进程都有自己的页表，存储在内存中。页表项（Page Table Entry, PTE）包含了页框号（Physical Frame Number,PFN）以及访问控制标志等信息。 3. **地址变换**：当CPU生成一个虚拟地址时，会使用MMU（Memory Management Unit）进行地址变换。MMU首先根据虚拟地址的页号查找页表，找到对应的页表项。如果页表项有效（非零），则MMU将页表项中的PFN与虚拟地址的页内偏移组合，形成物理地址。如果页表项无效，则会产生一个页错误（Page Fault）。 4. **页错误处理**：页错误是当试图访问的页面不在物理内存中时发生的情况。这时，操作系统会根据情况采取不同的策略，如换出当前页，换入所需页，然后更新页表，使页表项有效。 5. **内存分配与回收**：XV6使用伙伴系统进行物理内存的分配和回收。伙伴系统是一种高效算法，可以将内存块分成不同大小的对，便于快速找到合适的空闲块。 在实验中，你可能需要编写代码来模拟这个过程，例如，实现虚拟地址到物理地址的转换函数，或者编写处理页错误的代码。`main.c`可能是实现这些功能的主要源文件，而`entryother.S`和`entry.S`则是XV6的入口点，通常包含初始化和中断处理代码，它们可能涉及到地址变换和页错误处理的入口。 理解XV6的分页存储管理不仅有助于掌握操作系统的基本原理，还能为深入学习其他高级内存管理技术，如虚拟内存、分段存储、多级页表等打下基础。通过实际操作，你可以更直观地体验到操作系统如何在有限的物理内存资源上高效运行多个并发进程。