实验执行流程概述
实验执行流程概述
本次实验主要完成ucore内核对物理内存的管理工作。参考ucore总控函数kern_init的代码，可以清楚地看到在调用完成物理内存初始化的pmm_init函数之前和之后，是已有lab1实验的工作，好像没啥修改。其实不然，ucore有两个方面的扩展。首先，bootloader的工作有增加，在bootloader中，完成了对物理内存资源的探测工作（可进一步参阅附录A和附录B），让ucore kernel在后续执行中能够基于bootloader探测出的物理内存情况进行物理内存管理初始化工作。其次，bootloader不像lab1那样，直接调用kern_init函数，而是先调用位于lab2/kern/init/entry.S中的kern_entry函数。kern_entry函数的主要任务是为执行kern_init建立一个良好的C语言运行环境（设置堆栈），而且临时建立了一个段映射关系，为之后建立分页机制的过程做一个准备（细节在3.5小节有进一步阐述）。完成这些工作后，才调用kern_init函数。
kern_init函数在完成一些输出并对lab1实验结果的检查后，将进入物理内存管理初始化的工作，即调用pmm_init函数完成物理内存的管理，这也是我们lab2的内容。接着是执行中断和异常相关的初始化工作，即调用pic_init函数和idt_init函数等，这些工作与lab1的中断异常初始化工作的内容是相同的。
为了完成物理内存管理，这里首先需要探测可用的物理内存资源；了解到物理内存位于什么地方，有多大之后，就以固定页面大小来划分整个物理内存空间，并准备以此为最小内存分配单位来管理整个物理内存，管理在内核运行过程中每页内存，设定其可用状态（free的，used的，还是reserved的），这其实就对应了我们在课本上讲到的连续内存分配概念和原理的具体实现；接着ucore kernel就要建立页表， 启动分页机制，让CPU的MMU把预先建立好的页表中的页表项读入到TLB中，根据页表项描述的虚拟页（Page）与物理页帧（Page Frame）的对应关系完成CPU对内存的读、写和执行操作。这一部分其实就对应了我们在课本上讲到内存映射、页表、多级页表等概念和原理的具体实现。
在代码分析上，建议根据执行流程来直接看源代码，并可采用GDB源码调试的手段来动态地分析ucore的执行过程。内存管理相关的总体控制函数是pmm_init函数，它完成的主要工作包括：
- 初始化物理内存页管理器框架pmm_manager；
- 建立空闲的page链表，这样就可以分配以页（4KB）为单位的空闲内存了；
- 检查物理内存页分配算法；
- 为确保切换到分页机制后，代码能够正常执行，先建立一个临时二级页表；
- 建立一一映射关系的二级页表；
- 使能分页机制；
- 从新设置全局段描述符表；
- 取消临时二级页表；
- 检查页表建立是否正确；
- 通过自映射机制完成页表的打印输出（这部分是扩展知识）
另外，主要注意的相关代码内容包括：
- boot/bootasm.S中探测内存部分（从probe_memory到finish_probe的代码）；
- 管理每个物理页的Page数据结构（在mm/memlayout.h中），这个数据结构也是实现连续物理内存分配算法的关键数据结构，可通过此数据结构来完成空闲块的链接和信息存储，而基于这个数据结构的管理物理页数组起始地址就是全局变量pages，具体初始化此数组的函数位于page_init函数中；
- 用于实现连续物理内存分配算法的物理内存页管理器框架pmm_manager，这个数据结构定义了实现内存分配算法的关键函数指针，而同学需要完成这些函数的具体实现；
- 设定二级页表和建立页表项以完成虚实地址映射关系，这与硬件相关，且用到不少内联函数，源代码相对难懂一些。具体完成页表和页表项建立的重要函数是boot_map_segment函数，而get_pte函数是完成虚实映射关键的关键。