[發(fā)明專利]硬件化的進(jìn)程內(nèi)存管理核的方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810062346.9
• 申請(qǐng)日: 2008-05-09
• 公開（公告）號(hào): CN101315602A
• 公開（公告）日: 2008-12-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳天洲;張楠;謝斌;嚴(yán)力科;章鐵飛;項(xiàng)凌翔;王罡;陳劍;馮德貴;陳度
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F9/44
• 分類號(hào): G06F9/44;G06F9/46
• 代理公司: 杭州中成專利事務(wù)所有限公司
• 代理人: 唐銀益

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及硬件化的操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)，更具體的說，是涉及一種硬件化的進(jìn)程內(nèi)存管理核的方法。?

背景技術(shù)

隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用在人們生活中普及，依靠計(jì)算機(jī)進(jìn)行自動(dòng)化的管理，控制，計(jì)算和服務(wù)處理變得越來越重要。特別在金融，工業(yè)，控制等領(lǐng)域，除了需要保證計(jì)算機(jī)可靠與安全，對(duì)處理速度，響應(yīng)時(shí)間高效性的需求也顯得非常重要。?

同時(shí)由于互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，大型服務(wù)器和某些專門用于實(shí)時(shí)任務(wù)處理的機(jī)器需要服務(wù)的響應(yīng)和請(qǐng)求的處理有非常高的速度。但是，軟件的使用限制了速度的進(jìn)一步提升。作為軟件管理者的操作系統(tǒng)也實(shí)際上成為了速度提升的瓶頸。因此出現(xiàn)了許多針對(duì)原有操作系統(tǒng)的改進(jìn)版本，Linux2.4版本里時(shí)鐘的最小粒度為10毫秒，而Linux2.6將時(shí)鐘粒度降低到1毫秒，但這還遠(yuǎn)達(dá)不到實(shí)時(shí)系統(tǒng)的要求。RTLinux通過將任務(wù)分解成實(shí)時(shí)部分和非實(shí)時(shí)部分，在原有操作系統(tǒng)核的基礎(chǔ)上進(jìn)一步獨(dú)立出實(shí)時(shí)核來專門處理和分發(fā)實(shí)時(shí)任務(wù)，提高了響應(yīng)速度，幾乎可以達(dá)到了十幾個(gè)微秒級(jí)的調(diào)度粒度。但是，一味地提高時(shí)鐘粒度會(huì)使調(diào)度的開銷增大，也就是說當(dāng)時(shí)鐘粒度小到某個(gè)極限時(shí)，系統(tǒng)的性能不會(huì)因?yàn)闀r(shí)鐘頻率的增加而提高了。?

另外，軟件技術(shù)的改進(jìn)受到的硬件本身的制約，只有能夠通過硬件本身的改進(jìn)來進(jìn)行加速，才能取得好的效果。比如，在Intel公司每次對(duì)處理器的改進(jìn)上，都會(huì)加入一些新的指令針對(duì)特定的應(yīng)用程序進(jìn)行加速，比如在SSE4指令集中過提供了一條新的計(jì)算CRC(Cyclic?Redundancy?Check)指令，因此數(shù)據(jù)的集成檢查可以更加迅速的完成。而且，軟件存在于內(nèi)存中，容易被惡意的代碼進(jìn)行篡改，盡管安全防護(hù)技術(shù)層出不窮，但相比于實(shí)現(xiàn)同樣功能的硬件單元，軟件的安全性就略顯不足。?

因此，將操作系統(tǒng)中與調(diào)度性能直接相關(guān)的進(jìn)程內(nèi)存管理，包括頁表創(chuàng)建，?切換，頁面映射等功能設(shè)計(jì)成硬件，可以消除軟件處理時(shí)的瓶頸，同時(shí)能夠進(jìn)一步減少由于時(shí)鐘粒度的細(xì)化而帶來的額外調(diào)度開銷，提高整個(gè)系統(tǒng)的工作效率。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種涉及硬件化的進(jìn)程內(nèi)存管理核的方法。?

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。?

硬件化的進(jìn)程內(nèi)存管理核的方法，包括以下步驟：?

(1)進(jìn)程頁表的創(chuàng)建：?

讀入要?jiǎng)?chuàng)建頁表的進(jìn)程的進(jìn)程號(hào)PID，在進(jìn)程號(hào)與頁表基地址轉(zhuǎn)換表中找到進(jìn)程號(hào)所對(duì)應(yīng)的表項(xiàng)，并將進(jìn)程頁表的基地址，即PID*1024寫入該表項(xiàng)中；?

(2)進(jìn)程虛擬地址到硬件地址的映射：?

根據(jù)輸入的進(jìn)程號(hào)PID，計(jì)算出該進(jìn)程的頁表基地址，利用輸入的虛擬地址的高10位作為索引，找到頁表中該虛擬地址對(duì)應(yīng)的項(xiàng)，檢查表項(xiàng)中的合法位是否置位，如果已經(jīng)置位則操作失敗，將用于指示操作是否成功的寄存器suc賦值為0，表示操作失敗；否則將物理地址的高10位填入該表項(xiàng)中并將表項(xiàng)中的合法位置位，該合法位標(biāo)識(shí)了該虛擬頁已經(jīng)被映射使用；?

(3)進(jìn)程虛擬地址到硬件地址的取消映射：?

根據(jù)輸入的進(jìn)程號(hào)PID，計(jì)算出該進(jìn)程的頁表基地址，利用輸入的虛擬地址的高10位作為索引，找到頁表中該虛擬地址對(duì)應(yīng)的項(xiàng)，將表項(xiàng)中的合法位清除，表示該虛擬頁已經(jīng)被釋放；?

(4)進(jìn)程頁表的切換：?

首先將切換前運(yùn)行的進(jìn)程PID存儲(chǔ)到用來記錄上一個(gè)運(yùn)行進(jìn)程PID號(hào)寄存器last_pid中，然后將輸入的進(jìn)程PID號(hào)賦給標(biāo)志當(dāng)前運(yùn)行進(jìn)程PID的寄存器curr_pid；?

(5)進(jìn)程頁表的刪除：?

讀入要?jiǎng)?chuàng)建頁表的進(jìn)程的進(jìn)程號(hào)PID，在進(jìn)程號(hào)與頁表基地址轉(zhuǎn)換表中找到進(jìn)程號(hào)所對(duì)應(yīng)的表項(xiàng)，并將該表項(xiàng)清空，表明該進(jìn)程的頁表映射已經(jīng)完全失效，同時(shí)要將實(shí)際頁表中所有項(xiàng)的合法位清空；?

(6)進(jìn)程虛擬地址到物理地址的轉(zhuǎn)換：?

將輸入虛擬地址的前10位作為索引，首先在TLB(頁表緩沖)中進(jìn)行查找，如果查找到則直接返回物理地址；否則以curr_pid計(jì)算出當(dāng)前進(jìn)程頁表的基地址，在該頁表中選擇出對(duì)應(yīng)的表項(xiàng)；然后檢查該表項(xiàng)的合法位，如果該位為零則表明無此虛擬地址，程序訪問錯(cuò)誤，置suc為0；否則將表項(xiàng)中存儲(chǔ)的物理地址高10位讀出到PA寄存器(輸出物理地址寄存器)中和TLB的對(duì)應(yīng)項(xiàng)中；TLB的替換策略采用先進(jìn)先出的替換策略。?

作為一種改進(jìn)，進(jìn)程頁表創(chuàng)建、刪除、切換、虛擬地址映射、反映射以及虛擬地址到物理地址的轉(zhuǎn)換由硬件來完成，可降低進(jìn)程切換時(shí)的開銷，提高進(jìn)程切換時(shí)效率。?

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：?