操作系统实验二

电子科技大学实验报告学生姓名：学号：指导教师：蒲晓蓉实验地点：主楼A2413实验时间：2021年5月31日实验室名称：计算机实验室实验项目名称：虚拟内存综合实验实验学时：4实验原理：分页机制是80x86内存管理机制的第二部分。它在分段机制的基础上完成虚拟（逻辑）地址到物理地址转换的过程。分段机制把逻辑地址转换成线性地址，而分页则把线性地址转换成物理地址。分页可以用于任何一种分段模型。处理器分页机制会把线性地址空间（段已映射到其中）划分成页面，然后这些线性地址空间页面被映射到物理地址空间的页面上。分页机制有几种页面级保护措施，可和分段机制保护机制合用或替代分段机制的保护措施。例如，在基于页面的基础上可以加强读/写保护。另外，在页面单元上，分页机制还提供了用户-超级用户两级保护。80x86使用4K（212）字节固定大小的页面。每个页面均是4KB，并且对齐于4K地址边界处。这表示分页机制把232B（4GB）的线性地址空间划分成220（1M=1048576）个页面。分页机制通过把线性地址空间中的页面重新定位到物理地址空间中进行操作。由于4KB大小的页面作为一个单元进行映射，并且对齐于4K边界，因此线性地址的低12位可作为页内偏移量直接作为物理地址的低12位。分页机制执行的重定位功能可看作把线性地址的高20位转换到对应物理地址的高20位。实验目的：通过实验，掌握分页机制的实验原理，了解页表的内容和机制。实验内容：通过手工查看系统内存，并修改特定物理内存的值，实现控制程序运行的目的。实验器材（设备、元器件）：Linux内核（0.11）+Bochs实验步骤：1、安装和配置Bochs2、编写实验使用的示例程序#include<stdio.h>intj=0x123456;intmain(){ printf("theaddressofjis0x%x\n",&j); while(j); printf("programterminatednormally!\n"); return0;}理解X86计算机的寻址机制，理解全局描述符表GDT，局部描述符表等数据结构的内容。根据寄存器和相关的数据结构，计算变量j的线性地址。使用creg查看寄存信息。根据线性地址和页内偏移，基于页式地址转换，计物理地址。实验数据及结果分析：安装和配置Bochs：运行run.bat文件，进入调试界面：创建一个文件，编写实验使用的程序：运用语句gcc-otesttest.c得到j的地址0x3004:当test运行的时候，在命令行窗口按“ctrl+c”，Bochs会暂停运行，进入调试状态。绝大多数情况下都会停在test内，经过多次调试成功变为000f,并且显示下一条指令为”cmp“使用命令“u/10”查看从当前位置开始的10条指令的反汇编代码寻找保存在ds：0x3004这个虚拟地址的段表信息，使用“dump_cpu”命令。通过指令可以看到ldtr:s=0x68,这是ldt表存放GDT的表位置，GDT位置由gdtr给出，所以GDT的地址是0x5cb8。再通过指令“xp/32w0x00005cb8”查看从地址0x00005cb8开始的32字内容表的16项。因为再GDT表中每项占64位，所以查找的项目地址为：0x00005cb8+13*8，经计算得出，低位地址为0x12d00068，高位地址为：0x000082fb通过LDT拼接原理拼接地址，可得LDT的基址是：00000000111110110001001011010000，用十六进制表示为：0x00fb12d0.使用命令“xp/8w0x00fb12d0”查看LDT表的前4项内容：从图中信息可以得出：ds段的地址空间中起始地址是0x00003fff和0x10c0f300。因为段基址+段内偏移=线性地址，所以ds:0x3004的线性地址是：0x10000000+0x3004=0x100003004;验证：通过命令dump_cpu所生成的表可得，页目录的基地址为0用命令“xp/w+64*4”查看第65页目录值：由图可得页目录值为：0x00faa027页表所在的物理页框号为345位：faa,所以页表在物理内存的0x00faa000位置，从这个位置开始寻找3号页表项。使用命令“xp/w0x00fac000+4*3”从图中可以得知线性地址0x10003004对应的物理页框号为0x00fa7,页内偏移量为0x004,所以j对应的物理地址为0x00fa7004。验证结果：实验结论：在Linux内核（0.11）中可以通过指令手工查看系统内存，还能修改特定物理内存的值来控制程序运行的目的。总结及心得体会：对本实验过程及方法、手段的改进