第四讲 物理存储器与进程逻辑地址空间的管理.docx

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第四讲物理存储器与进程逻辑地址空间的管理

操作系统

实验报告

课程名称

操作系统实验

课程编号

0906553

实验项目名称

物理存储器与进程逻辑地址空间的管理

学号

班级

姓名

专业

计算机科学与技术

学生所在学院

计算机科学与技术学院

指导教师

王红滨

实验室名称地点

21B475

哈尔滨工程大学

计算机科学与技术学院

一、实验概述

1.实验名称

物理存储器与进程逻辑地址空间的管理

2.实验目的

1）通过查看物理存储器的使用情况，并练习分配和回收物理内存，从而掌握物理存储器的管理方法。

2）通过查看进程逻辑地址空间的使用情况，并练习分配和回收虚拟内存，从而掌握进程逻辑地址空间的管理方法

3.实验类型

验证＋设计

4.实验内容

1）准备实验，创建一个EOSKernel项目；

2）阅读控制台命令“pm”相关的源代码，并查看其执行的结果；

3）分配物理页和释放物理页；

4）阅读控制台命令“vm”相关的源代码，并查看执行的结果；

5）在系统进程中分配虚拟页和释放虚拟页；

6）在应用程序进程中分配虚拟页和释放虚拟页。

二、实验环境

操作系统：

Windows操作系统

编译器：

集成开发环境OSLab

工具：

FloppyImageEditor工具

语言：

C语言

三、实验过程

1.设计思路和流程图

MiAllocateAny函数流程图：

MiFreePages函数流程图：

2.需要解决的问题及解答

1）在调试分配物理页过程中的问题：

本次分配的物理页的数量是多少？

分配的物理页的页框号是多少？

答：

因NumberOfPages为0x1，所以分配的物理页数量为1，分配的物理页的页框号是0x409;

物理页是从空闲页链表中分配的？

还是从零页链表中分配的？

答：

物理页是从空闲页链表中分配

哪一行语句减少了空闲页的数量？

哪一行语句将刚刚分配的物理页由空闲状态修改为忙状态？

答：

MiFreePageListHead=MiGetPfnDatabaseEntry（Pfn）->Next；和MiFreePageCount--;减少了空闲页的数量，152行将分配的物理页改为BUSY_PAGE

2）在调试释放物理页的过程中的问题：

本次释放的物理页的数量是多少？

释放的物理页的页框号是多少？

释放的物理页是之前分配的物理页吗？

答：

因为NumberOfPages为0x1,所以释放的物理页数量为1，释放的物理页框号是0x409，所有释放的物理页是之前分配的物理页；

释放的物理页是被放入了空闲页链表中？

还是零页链表中？

答：

释放的物理页被放在放在空闲页链表

3）按F10单步调试MmAllocateVirtualMemory函数的执行过程，尝试回答下面的问题：

分配的虚拟页的起始地址是多少？

分配的虚拟页的数量是多少？

它们和参数BaseAddress和RegionSize初始化的值有什么样的关系？

答：

分配的虚拟页的起始地址是0xa0003000，分配的虚拟页的数量是1，BaseAddress和RegionSize初始化的值是期望保留或者提交的地址区域的起始地址和大小。

分配虚拟页的同时有为虚拟页映射实际的物理页吗？

这是由哪个参数决定的？

答：

分配虚拟页的同时有为虚拟页映射实际的物理页，这是由第三个参数AllocationType决定的。

分配的虚拟页是在系统地址空间（高2G）还是在用户地址空间（低2G）？

这是由哪个参数决定的？

答：

分配的虚拟页是在系统地址空间（高2G），这是由第四参数SystemVirtual决定的。

参考MiReserveAddressRegion函数的定义和注释，说明该函数的功能。

答：

MiReserveAddressRegion函数的功能是保留一段虚拟地址区域。

4）按F10单步调试MmFreeVirtualMemory函数的执行过程，尝试回答下面的问题：

本次释放的虚拟地址是多少？

释放的虚拟页是之前分配的虚拟页吗？

答：

本次释放的虚拟地址是0xa0003000，是之前分配的虚拟页。

参考MiFindReservedAddressRegion函数、MiFreeAddressRegion函数和MiDecommitPages函数的定义和注释，说明这些函数的功能。

答：

MiFindReservedAddressRegion函数用于查找已保留地址区域，如果目标区域非已保留区域则返回失败，MiFreeAddressRegion函数用于释放已保留地址区域和MiDecommitPages函数用于释放映射在连续虚拟页框上的物理页框。

3.源程序并附上注释

在应用程序中分配虚拟页和释放虚拟页：

intmain（intargc,char*argv[]）

{

#ifdef_debug

__asm（"int$3\nnop"）;

#endif

int*data;

if（data=VirtuAlalloc（0,sizeof（int）,MEM_RESERVE|MEM_COMMIT））{

//修改前输出*data

printf（"Allocated%dbytesvirtualmemoryof0x%x\n\n",sizeof（int）,data）;

printf（"Virtualmemoryoriginalvalue:

0x%x\n\n",*data）;

//为*data赋值，并输出修改后的值

*data=0xffffffff;

printf（"Virtualmemorynewvalue:

0x%x\n\n",*d）;

//等待10秒

printf（"\nWaitfor10seconds\n"）;

Sleep（10000）;

//释放为data分配的空间

if（VirtualFree（data,0,MEM_RELEASE））{

printf（"\nRealeasevirtualmemorysuccess!

\n"）;

//进入死循环

printf（"\nEndlessloop!

"）;

for（;;）;

}else{

printf（"Realeasevirtualmemoryerror\n"）;

}

}else{

printf（"VirtuAlallocerror\n"）;

return-1;

}

return0;

}

4.程序运行时的初值和运行结果

1）准备实验，创建一个EOSKernel项目

2）阅读控制台命令“pm”相关的源代码，并查看其执行的结果

生成在本实验创建的EOSKernel项目。

待EOS启动完毕，在EOS控制台中输入命令“pm”后按回车。

观察命令执行的结果。

3）分配物理页和释放物理页

接下来，在pm命令函数中添加分配物理页和释放物理页的代码，单步调试管理物理页的方法。

使用pm.c文件中的ConsoleCmdPhysicalMemory函数代替ke/sysproc.c文件中的ConsoleCmdPhysicalMemory函数的函数体，生成修改后的EOSKernel项目，启动调试，在EOS控制台中输入命令“pm”查看执行结果。

结束之前的调试，在ConsoleCmdPhysicalMemory函数中调用MiAllocateAnyPages函数的代码行添加断点，在调用MiFreePages函数的代码行添加断点。

启动调试，在控制台中输入命令“pm”后回车，pm开始执行后，会在调用MiAllocateAnyPages中断，按F11调试进入此函数，单步调试执行过程。

继续调试释放物理页的过程，单步调试MiFreePages函数的执行过程。

4）阅读控制台命令“vm”相关的源代码，并查看执行的结果

启动调试，在EOS控制台中输入命令“pt”以输出当前系统中的进程列表，系统进程ID为1。

在控制台中输入“vm”并观察执行结果，了解系统进程的虚拟地址描述符信息。

有LoopApp.c生成LoopApp.exe，添加到软盘镜像的根目录，启动调试，在控制台中执行LoopApp.exe。

切换到“Console-2”，运行pt查看进程信息。

输入命令“vm1”，查看系统进程中虚拟地址描述符信息。

输入命令“vm31”，查看应用程序进程中虚拟地址描述符的信息。

5）在系统进程中分配虚拟页和释放虚拟页

使用vm.c文件中的ConsoleCmdVM函数代替ke/sysproc.c文件中的ConsoleCmdVM函数，生成EOSKernel项目，启动调试，输入命令“vm1”，命令的执行结果同时会转储在“输出”窗口。

在ke/sysproc.c文件中的ConsoleCmdVM函数中调用MmAllocateVirtualMemory函数和调用MmFreeVirtualMemory函数的代码行添加断点，启动调试，在控制台输入命令“vm1”，在MmAllocateVirtualMemory函数出中断，查看BaseAddress和RegionSize的初始值。

离开MmAlocateVirtualMemory函数后

继续调试释放虚拟页的过程，进入MmFreeVirtualMemory函数前

离开MmFreeVirtualMemory函数后

6）在应用程序进程中分配虚拟页和释放虚拟页

创建一个EOS应用程序，编写代码完成下列功能：

A.调用API函数VirtualAlloc，分配一个整型变量所需的空间，并使用一个整型变量的指针指向这个空间。

B.修改整型变量的值为0xFFFFFFFF。

在修改前输出整型变量的值，在修改后再输出整型变量的值。

C.调用API函数Sleep，等待10秒钟。

D.调用API函数VirtualFree，释放之前分配的整型变量的空间。

E.进入死循环，这样应用程序就不会结束。

代码修改完毕后，生成EOS应用程序项目，执行应用程序。

利用10秒后才释放虚拟页的间隙，在控制台2中执行命令“vm31”，查看此时应用程序进程的虚拟地址描述符信息，在应用程序释放虚拟页后，在控制台2中再次执行命令“vm31”查看此时应用程序进程的虚拟地址描述符信息。

四、实验体会

在这次的实验过程中，我通过查看物理存储器的使用情况，并调试EOS的分配和回收物理内存的过程，掌握了物理存储器的管理方法；通过查看进程逻辑地址空间的使用情况，并练习分配和回收虚拟内存，掌握了进程逻辑地址空间的管理方法。