地址映射与共享

实验内容

用 Bochs 调试工具跟踪 Linux 0.11 的地址翻译（地址映射）过程，了解 IA-32 和 Linux 0.11 的内存管理机制；
在 Ubuntu 上编写多进程的生产者-消费者程序，用共享内存做缓冲区；
在信号量实验的基础上，为 Linux 0.11 增加共享内存功能，并将生产者-消费者程序移植到 Linux 0.11 。

实验步骤

创建test.c

寻找物理地址

首先进入Linux-0.11目录内make编译系统，然后运行系统，编译运行test.c文件

1 2	gcc -o test test.c ./test

此时会进入在test.c内的while死循环，然后ctrl+c暂停bochs。
此时需要让Linux-0.11的test跳出死循环，所以需要找到逻辑地址ds:0X00003004对应的物理地址，将它的内容更改为0。
在终端中输入sreg，得到gdtr的基址值为0x00005cb8,ldtr为0x0068即0000 0000 0110 1000 b，可知索引为1101b即13，TI位为0，即GDT中的第13项为LDT的段描述符。

输入

1	xp /2w 0x00005cb8+13*8

可以得到LDT的基址为0x00fe92d0

ds段选择子为0x0017 => 0000 0000 0001 0111 b，可知索引为10b即2，TI位为1，即LDT中的第2项为ds的段描述符

输入

1	xp/2w 0x00fe92d0+2*8

得到ds段描述符

可以知道ds的基址为0x10000000，所以0x3004对应的线性地址为0x10000000+0x3004=0x10003004

输入

1	xp /w 64*4

获取页目录项

表所在的物理页框号为0x00fa7，即页表在物理内存为0x00fa7000处，从该位置开始查找3号页表项

输入

1	xp /w 0x00fa7000 + 3*4

线性地址0x10003004对应的物理页框号为0x00fa6，和页内偏移0x004接到一起，得到0x00fa6004，这就是变量i的物理地址

用

1	xp /w 0x00fa6004

验证

修改物理地址，使其变量i为0

1	setpmem 0x00fa6004 4 0

输入c，可以看到，会在bochs中顺利退出

添加系统调用

在unistd.h中增加下面的代码

再添加系统调用

注意：要在挂载下再修改一次

修改sys.h文件

增加函数声明

在system_call.s中把nr_system_calls改为78

增加shm.c

在kernel目录下

然后修改kernel下的Makefile

编写消费者和生产者程序

producer.c

consumer.c

运行验证

编译

1 2	gcc -o pro producer.c gcc -o con consumer.c

输入

1 2	pro > proOutput & con > conOutput &

输入

sync

关闭linux-0.11回到ubunt终端，输入sudo less hdc/usr/root/conOutput查看结果如下

问题回答

对于地址映射实验部分(第一部分)，列出你认为最重要的几步(不超过四步)，并给出你获得的实际数据。

输入命令u/7反汇编，查看变量i对应的逻辑地址
逻辑地址找虚拟地址要通过段表，也就是IDT表，然后IDT表要根据LDTR寄存器和GDT表，对应的命令就是sreg
根据ds(代码段)寄存器查找IDT表，得到基址，然后通过基址 + 逻辑地址 = 虚拟地址
根据虚拟地址找到物理地址，核心就是查找页表

test.c退出后，如果马上再运行一次程序，并再进行地址跟踪，你会发现哪些异同？为什么？

1
2

再运行一次程序，等同于重来，变量i重新被赋非0值，所以仍然会死循环。
继续进行地址跟踪，根据虚拟地址找到物理地址，发现物理地址和第一次运行时的不一样了，因为在这个进程没有被运行时，内存是会被释放的，所以其他进程是可以利用这个内存的，虽然还是这个虚拟地址，但是重新分配内存的时候，物理地址并不一定还是那个地址。