操作系统实验二：存储管理（分析XV6分页存储地址变换）

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。