通过后台作业了解虚拟内存

Question

了解操作系统中的虚拟内存：概念和实现

运行内存分配程序的多个实例时出现意外行为。

我正在学习操作系统并遵循 OSTEP（操作系统：三个简单的部分）教科书。我试图通过同时运行程序的多个实例来理解内存虚拟化。这是我正在使用的代码：

#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include "common.h"

int main(int argc, char *argv[]) {
    int *p = malloc(sizeof(int)); // a1
    assert(p != NULL);
    printf("(%d) address pointed to by p: %p\n", getpid(), p); // a2
    *p = 0; // a3
    while (1) {
        Spin(1);
        *p = *p + 1;
        printf("(%d) p: %d\n", getpid(), *p); // a4
    }
    return 0;
}

根据教科书，当使用命令

./mem &; ./mem &

运行时，该程序应通过同时运行两个实例来演示内存虚拟化。文中写道：

我们从示例中看到，每个正在运行的程序都在同一地址（0x200000）分配了内存，但每个程序似乎都在独立更新 0x200000 处的值！就好像每个正在运行的程序都有自己的私有内存，而不是与其他正在运行的程序共享相同的物理内存。事实上，这正是这里发生的情况，因为操作系统正在虚拟化内存。

但是，当我在本地运行该程序时，我得到以下输出：

PS C:\Users\malan\Desktop\os\Virtualizing_the_Cpu> ./mem &; ./mem

Id   Name             PSJobTypeName   State
--   ----             -------------   -----
13   Job13            BackgroundJob   Running
(8776) address pointed to by p: 007B1990
(8776) p:1
(8776) p:2
(8776) p:3
(8776) p:4
(8776) p:5
(8776) p:6
(8776) p:7
(8776) p:8
(8776) p:9
(8776) p:10
(8776) p:11
(8776) p:12
(8776) p:13

两个实例未按预期同时运行。什么可能导致这种行为？我是否在设置或理解中遗漏了某些内容？

附加信息：

• 操作系统：Microsoft Windows 11 Home 单语言
• 操作系统版本：10.0.22631 不适用 Build 22631
• 编译器：gcc (MinGW.org GCC-6.3.0-1) 6.3.0

Answer 1

将其输入 bash 即可运行。

& 在 bash 中表示后台运行，但在 powershell 中表示其他含义；我很惊讶你没有收到错误消息。

Answer 2

命令末尾的

&

是 bash 指令（即 Linux / Unix 命令行），用于在后台运行程序。 Windows下没有这个功能。

最简单的方法是调出两个单独的命令提示符，并大致同时在每个命令提示符中运行程序。

Answer 3

tl；博士

在 PowerShell (Core) 7（您正在运行的）中，使用以下命令：

(./mem &), (./mem &) | Receive-Job -Wait -AutoRemoveJob

在 Windows PowerShell（旧版 Windows 附带版本，最新且最后一个版本为 5.1）：

(Start-Job { ./mem }), (Start-Job { ./mem }) | Receive-Job -Wait -AutoRemoveJob

---

Bash 和 PowerShell 作业之间的差异：

• 确实，

  ./mem &; ./mem &

  命令行适用于

  Bash：
  它创建两个在后台运行的
  • 作业，并且（除了作业控制消息之外）将进程的输出直接异步发送到终端。
• 它在

  PowerShell (Core) 7 中也在语法上有效（尽管 在 Windows PowerShell 中不，它仅支持 Start-Job

  ，见下文），但 

  的功能不同：

  • &

    ，后置 

    背景运算符，是 Start-Job 调用的语法糖（./mem &

     是 

    Start-Job { ./mem }

     的缩写），并创建 PowerShell 背景 

    job，以及这些调用的内容return 是一个作业 object，可以使用 cmdlet 进行查询和管理，例如 Receive-Job。

  • 虽然这些工作

    大致类似于 Bash 工作，但也有重要的区别：

    • PowerShell 作业

      不会自动打印到调用者的终端；相反，输出是在幕后悄悄收集的，并且可以根据需要使用 Receive-Object

      进行检索

    • 已完成的作业必须

      手动清理（删除），可以通过Remove-Job

      ，或者如上所示，通过将-AutoRemoveJob

      传递给

      Receive-Job

      （这也需要

      -Wait

      同步等待作业）完成，以便可以收集其所有输出）。