操作系统实验报告(2).pdf

操作系统实验报告(2).pdf 的主要内容涉及一个操作系统课程设计，主要任务是对 Nachos 操作系统进行内存管理模块的升级，以实现多线程并发执行、分页式存储管理和虚拟内存的功能。以下是对实验报告中涉及知识点的详细说明： 1. **Nachos 操作系统**： Nachos 是一个教学用的操作系统，它被设计成简洁易懂，以便学生学习操作系统的基本概念。原版 Nachos 仅支持单线程执行，且用户程序大小受限于物理内存。 2. **内存管理**： - **分页机制**：分页是一种内存管理技术，将内存划分为固定大小的页，便于管理和分配。在 Nachos 中，页的大小被定义为 128 字节，物理内存由 128 个这样的页面组成，总计 16KB。 - **虚拟内存**：实验的目标是实现虚拟内存，这意味着每个进程看到的是一个比实际物理内存大的地址空间。虚拟地址与物理地址通过页表进行映射，允许进程在更大的空间中运行，而实际只使用一部分内存。 3. **多线程支持**： - Nachos 原始版本仅支持一个线程。为了支持多线程，需要修改内存管理，使得每个线程有自己的独立页表，这样每个线程可以并发执行，而不会互相干扰。 4. **优先级调度**： 实验要求实现基于优先级的线程调度，这意味着线程执行顺序不仅取决于其到达时间，还取决于预设的优先级，优先级高的线程先获得处理器资源。 5. **虚拟页表**： - 虚拟页表是连接虚拟地址和物理地址的关键数据结构，实验要求在加载用户程序时为每个线程分配虚拟页号，使得每个线程有自己的虚拟地址空间。 6. **缺页中断**： - 可选功能是实现缺页中断处理。当程序试图访问的页不在物理内存中时，处理器会产生缺页中断，然后调用中断处理程序，将所需页换入内存，将其他页换出。 7. **程序大小限制**： - 原始 Nachos 程序大小受限于物理内存。实验的目标是通过改变底层代码，使 Nachos 能加载任意大小的用户程序，这涉及到更复杂的内存管理和交换策略。 8. **实验过程**： - 需要分析 Nachos 当前的内存分配策略，识别限制多线程和大程序的因素，如固定的页大小和物理内存限制。 - 修改核心代码以实现多线程并发，创建和维护每个线程的独立页表。 - 设计和实现虚拟页表，进行虚拟地址到物理地址的映射。 - 实现缺页中断处理程序，如果选择实现这一可选部分。 - 修改程序加载逻辑，去除对程序大小的硬性限制。 通过这个实验，学生不仅能深入理解操作系统内存管理的原理，还能实践如何通过编程来优化和扩展操作系统功能。这是一次宝贵的理论与实践相结合的学习体验。