[发明专利]与调度性能直接相关的内存管理核的硬件化的方法

说明书

技术领域

本发明涉及硬件化的操作系统，尤其是涉及一种硬件化的进程内存管理核。

背景技术

随着计算机应用在人们生活中普及，依靠计算机进行自动化的管理，控制，计算和服务处理变得越来越重要。特别在金融，工业，控制等领域，除了需要保证计算机可靠与安全，对处理速度，响应时间高效性的需求也显得非常重要。

同时由于互联网的飞速发展，大型服务器和某些专门用于实时任务处理的机器需要服务的响应和请求的处理有非常高的速度。但是，软件的使用限制了速度的进一步提升。作为软件管理者的操作系统也实际上成为了速度提升的瓶颈。因此出现了许多针对原有操作系统的改进版本，Linux2.4版本里时钟的最小粒度为10毫秒，而Linux2.6将时钟粒度降低到1毫秒，但这还远达不到实时系统的要求。RTLinux通过将任务分解成实时部分和非实时部分，在原有操作系统核的基础上进一步独立出实时核来专门处理和分发实时任务，提高了响应速度，几乎可以达到了十几个微秒级的调度粒度。但是，一味地提高时钟粒度会使调度的开销增大，也就是说当时钟粒度小到某个极限时，系统的性能不会因为时钟频率的增加而提高了。

另外，软件技术的改进受到的硬件的制约，如果能够通过硬件的改进来进行加速，效果会更好。比如，在Intel公司每次对处理器的改进上，都会加入一些新的指令针对特定的应用程序进行加速，比如在SSE4指令集中过提供了一条新的计算CRC(Cyclic Redundancy Check)指令，因此数据的集成检查可以更加迅速的完成。而且，软件存在与内存中，容易被恶意的代码进行篡改，尽管安全防护技术层出不穷，但相比于实现同样功能的硬件单元，安全性就显得不足。

发明内容

为了克服背景技术中的不足，本发明的目的在于提供一种与调度性能直接相关的内存管理核的硬件化的方法。

本发明是通过以下技术方案实现的，包括以下步骤：

(1)进程页表的创建：

输入：PID；

输出：suc寄存器，操作成功返回1，失败返回0；

读入要创建页表的进程的PID，在PID与页表基地址转换表中找到PID所对应的表项，并将进程页表的基地址，即PID*1024写入该表项中，采用一级页表映射，每个页表的大小为4K Bytes，因此该页表映射最多达8M Bytes的内存空间；

(2)进程虚拟地址到物理地址的映射：

输入：PID，要映射的虚拟地址，要映射的物理地址；

输出：suc寄存器，操作成功返回1，失败返回0；

根据输入的PID，计算出该进程的页表基地址，利用输入的虚拟地址的高10位作为索引，找到页表中该虚拟地址对应的项，检查表项中的合法位是否置位，如果已经置位则操作失败，将suc赋值为0；否则将物理地址的高10位填入该表项中并将表项中的合法位置位；该合法位标识了该虚拟页已经被映射使用；

(3)进程虚拟地址到物理地址的取消映射：

输入：PID，要取消映射的虚拟地址；

输出：suc寄存器，操作成功返回1，失败返回0；

根据输入的PID，计算出该进程的页表基地址，利用输入的虚拟地址的高10位作为索引，找到页表中该虚拟地址对应的项，将表项中的合法位置0，表示该虚拟页已经被释放；

(4)进程页表的切换：

输入：即将运行PID；

输出：suc寄存器，操作成功返回1，失败返回0；

首先将切换前正在运行的进程PID存储到用来记录上一个运行进程PID号寄存器last_pid中，然后将输入的进程PID号赋给标志当前运行进程PID的寄存器curr_pid；由于在进行虚拟地址到物理地址的转换时，页表的选择是根据curr_pid来进行计算，因此修改了curr_pid的值实现进程页表切换；

(5)进程页表的删除：

输入：PID；

输出：无；

读入要创建页表的进程的PID，在进程号与页表基地址转换表中找到进程号所对应的表项，并将该表项清空，表明该进程的页表映射已经完全失效，同时要将实际页表中所有项的合法位清空，实现进程页表的删除；

(6)进程虚拟地址到物理地址的转换：

输入：虚拟地址VA；

输出：物理地址PA，suc寄存器，操作成功返回1，失败返回0；