Как создать многозадачную ОС с управлением памятью?

Эта статья описывает создание простой операционной системы, способной выполнять несколько задач параллельно, начиная с базовой аллокации памяти и заканчивая управлением виртуальной памятью. Для динамического выделения памяти используется простой алгоритм постраничной аллокации, который выделяет память блоками по 4 Кб. Компоновщик определяет области памяти для стека и динамически выделяемой памяти, что позволяет избежать конфликтов.
Как создать многозадачную ОС с управлением памятью?
Изображение носит иллюстративный характер

Реализация многозадачности начинается с определения структуры процесса, включающей идентификатор, состояние, указатель стека и сам стек. Переключение контекста между процессами выполняется ассемблерной функцией switch_context, сохраняющей и восстанавливающей регистры процессора в стеке. Для облегчения управления процессами вводится планировщик, который определяет, какой процесс должен выполняться следующим, используя функцию yield для переключения.

Для корректной работы многозадачности необходимо модифицировать обработчик прерываний. При переключении контекста регистр sscratch используется для хранения адреса стека текущего процесса. При возникновении прерывания, стек текущего процесса извлекается из sscratch, регистры сохраняются в этот стек, а затем указатель стека возвращается в sscratch, чтобы избежать проблем с пользовательским стеком и обеспечить корректную работу обработчика исключений.

Управление виртуальной памятью реализуется с помощью двухуровневой таблицы страниц. Виртуальные адреса преобразуются в физические адреса, что позволяет изолировать память разных процессов. Функция map_page управляет таблицами страниц, настраивая соответствие виртуальных и физических адресов. Для ядра виртуальные адреса напрямую соответствуют физическим. При переключении контекста переключаются и таблицы страниц. Отладка проблем с памятью требует внимательного анализа логов QEMU, дампа регистров и соответствия спецификации.


Новое на сайте

20854Как дешёвые Android-смартфоны превращаются в чужие прокси? 20853В Индии имя звонящего появится на экране вместе с номером 20852Как проверить готовность команды к звонку с клонированным голосом? 20851Уязвимости MarkLogic: делегированные права могли открыть путь к администраторскому... 20850Как GitHub закрыл лазейку, угрожавшую тысячам npm-пакетов? 20849Hirudo подменяет банковские приложения, чтобы обойти их защиту 20848Как Vghost превратил старую ошибку Linux в путь к root? 20847Уязвимости в PAN-OS и Cisco Secure Email Gateway уже используют атакующие 20846Как уязвимость GitLab могла открыть сервер для чужого кода? 20845Уязвимость SAP Cloud SDK могла отправить OAuth2-секреты злоумышленнику 20844Уязвимость в Nextcloud открыла путь к веб-оболочкам на серверах 20843Смогут ли малые ИИ-модели превратить бытовую технику в ботнет? 20842Пять уязвимостей NGINX: кому грозит риск и как закрыть его 20841Тайный диктофон в OpenAI: что утверждают следователи 20840Как проверять уязвимость входа, не заходя дальше дозволенного?
Ссылка