头歌操作系统 课后作业4.1:段式内存管理 答案

文章是关于操作系统的内核调试,主要关注0号和1号进程在执行特定函数时mynext变量的变化,LDTR寄存器的值以及数据段和代码段的段基址。通过使用gdb调试器设置断点并检查寄存器和内存状态来解答一系列问题,涉及进程间的内存管理和段描述符的内容。

第1关:0号进程和1号进程的mynext变量的取值变化

编程要求

根据相关知识,修改版本 1.3 内核回答问题: 通过 gdb 调试查找答案,将第三关的答案填写在/data/workspace/myshixun/第三关.txt中。

  1. 1 号进程的 output_char 函数调用会执行几次?
  2. 每次调用时,1 号进程和 0 号进程的 mynext 变量的值分别是多少?

配置环境版本1.3内核与之前一样,详情请移步以下链接~头歌操作系统 课堂练习4.1:段式内存管理 答案_蓝莓奶油饺子·的博客-优快云博客

b 155
b 172

commands 2
x/wx 0x402282c
end

commands 3
x/wx 0x2282c
end

#一直c到结束(如图所示)
c
c
c
c
c

运行效果截图:

 

第一关文档答案:

 

第2关:LDTR 寄存器

编程要求

根据相关知识,修改版本 1.3 内核回答问题: 通过 gdb 调试查找答案,将第四关的答案填写在/data/workspace/myshixun/第四关.txt中。

  1. 1 号进程(在用户态)运行时,LDTR 寄存器的值是多少?它指向 GDT 中的几号描述符?该段描述符内存的段起始地址是多少?指向哪个进程的 ldt 数组?
  2. 0 号进程(在用户态)运行时,LDTR 寄存器的值是多少?它指向 GDT 中的几号描述符?该段描述符内存的段起始地址是多少?指向哪个进程的 ldt 数组?

启动dbg调试器

./rundbg

 

#在dbg调试器里输入

b 0x6969
c
sreg

b 0x69d9
c
sreg

运行效果截图:

 

 

第二关文档答案:

 

第3关:内核代码段和数据段的段基址

编程要求

根据相关知识,修改版本 1.3 内核回答问题: 通过 gdb 调试查找答案,将第五关的答案填写在/data/workspace/myshixun/第五关.txt中。

1.0 号进程执行到 sys_pause 时,默认数据段(CS)和默认数据段(DS)的值分别是多少?其基地址分别是多少? 2.1 号进程执行到 sys_pause 时,默认数据段(CS)和默认数据段(DS)的值分别是多少?其基地址分别是多少?

进入gdb调试器:

#对于0号进程
b sys_pause if current->pid == 0
c
info registers
p/x gdt

#对于1号进程
b sys_pause if current->pid == 1
c
info registers
p/x gdt

 

 

第三关文档答案:

 

### 操作系统课堂练习4.2:页式内存管理 #### 练习目标 该练习旨在帮助学习者理解操作系统的页式内存管理机制,掌握虚拟地址到物理地址的映射过程以及分页表的作用。 #### 实验环境准备 为了完成此练习,需先配置好实验所需的内核开发环境。以下是基于引用中的相关内容整理的操作步骤: ```bash cp /data/workspace/myshixun/exp1/1.3.tgz ~/os/ cd ~/os/linux-0.11-lab/ tar -zxvf ../1.3.tgz rm -rf cur ln -s 1.3 cur cd 1.3/linux make cd ../../.. ``` 以上命令用于初始化内核工作目录并编译内核代码[^2]。 --- #### 题目描述 假设当前系统采用的是简单的单级页表实现方式,页面大小为 \(4KB\),逻辑地址空间被划分为多个固定大小的页。已知某进程的部分页表如下所示: | 页面号 | 物理帧号 | |--------|----------| | 0 | 5 | | 1 | 10 | | 2 | 15 | 如果给定一个逻辑地址 `0x1FAC`,请计算其对应的物理地址,并解释具体的过程。 --- #### 解答思路 要将逻辑地址转化为物理地址,需要按照以下公式分解逻辑地址: \[ \text{逻辑地址} = \text{页号} \times \text{页面大小} + \text{偏移量} \] 其中, - **页号**通过逻辑地址除以页面大小取整得到; - **偏移量**通过逻辑地址对页面大小求余数获得。 对于题目中给出的逻辑地址 `0x1FAC`(十六进制),可以将其转为十进制形式以便于计算: \[ 0x1FAC_{(16)} = 8108_{(10)} \] 接着按页面大小 \(4KB = 4096\) 进行拆解: - 计算页号:\( \lfloor 8108 / 4096 \rfloor = 1 \) - 计算偏移量:\( 8108 \% 4096 = 4012 \) 查页表可知,第一页对应物理帧号为 \(10\)。因此最终物理地址可表示为: \[ \text{物理地址} = (\text{物理帧号}) \times \text{页面大小} + \text{偏移量} \] 代入数据得: \[ \text{物理地址} = 10 \times 4096 + 4012 = 44972 \] 最后将结果转换回十六进制形式: \[ 44972_{(10)} = 0xAECC_{(16)} \] 所以,逻辑地址 `0x1FAC` 对应的物理地址为 `0xAECC`[^2]。 --- #### 参考代码片段 以下是一个模拟页式内存管理的小型程序示例,展示如何根据逻辑地址获取物理地址: ```c #include <stdio.h> #define PAGE_SIZE 4096 // 页面大小为 4KB int page_table[] = {5, 10, 15}; // 假设页表内容 unsigned int logical_to_physical(unsigned int logical_addr) { unsigned int page_number = logical_addr / PAGE_SIZE; unsigned int offset = logical_addr % PAGE_SIZE; if (page_number >= sizeof(page_table)/sizeof(int)) { printf("Page fault!\n"); return -1; } unsigned int frame_number = page_table[page_number]; unsigned int physical_addr = frame_number * PAGE_SIZE + offset; return physical_addr; } int main() { unsigned int logical_address = 0x1FAC; // 输入逻辑地址 unsigned int physical_address = logical_to_physical(logical_address); if (physical_address != -1) { printf("Physical Address: 0x%X\n", physical_address); } return 0; } ``` 运行上述代码会输出逻辑地址 `0x1FAC` 的物理地址为 `0xAECC`[^2]。 --- #### 总结 通过对页式内存管理的学习,能够深入理解操作系统如何利用硬件支持来实现高效的内存分配与访问控制。这不仅有助于提升理论认知水平,还能培养实际动手能力。 ---
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