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.
Реализация многозадачности начинается с определения структуры процесса, включающей идентификатор, состояние, указатель стека и сам стек. Переключение контекста между процессами выполняется ассемблерной функцией
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
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.
