内存管理初步
物理内存
认为的先规划成两部分，用户的物理内存和内核的物理内存，专项专用，内核有方法去占用用户的内存，但是规定两部分内存是专用的，内核只使用自己的物理内存。
物理内存的内核、用户部分分别用 bitmap 来统计管理。
虚拟内存
首先，虚拟内存也是需要管理的，毕竟程序要申请堆上的内存，假定我们只支持512M物理内存，那么我们只要用 4* 4K 就能 记录这512M。
备注: 把位图的地址放在这个地方是人为选择，也可以选其他地方
同样，我们把 内核堆 开始地址 放到 0xc0100000，当然你也可以放到更远。另外，注意到我们的页表就在物理地址1M以上，我们需要把页表的内存算作已经使用的内存。
/ 0xc0000000是内核从虚拟地址3G起. 0x100000意指跨过低端1M内存,使虚拟地址在逻辑上连续 /
#define K_HEAP_START 0xc0100000
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| /* 初始化内存池 */
static void mem_pool_init(uint32_t all_mem) {
put_str(" mem_pool_init start\n");
uint32_t page_table_size = PG_SIZE * 256; // 页表大小= 1页的页目录表+第0和第768个页目录项指向同一个页表+
// 第769~1022个页目录项共指向254个页表,共256个页框
uint32_t used_mem = page_table_size + 0x100000; // 0x100000为低端1M内存
uint32_t free_mem = all_mem - used_mem;
uint16_t all_free_pages = free_mem / PG_SIZE; // 1页为4k,不管总内存是不是4k的倍数,
// 对于以页为单位的内存分配策略，不足1页的内存不用考虑了。
uint16_t kernel_free_pages = all_free_pages / 2;
uint16_t user_free_pages = all_free_pages - kernel_free_pages;
/* 为简化位图操作，余数不处理，坏处是这样做会丢内存。
好处是不用做内存的越界检查,因为位图表示的内存少于实际物理内存*/
uint32_t kbm_length = kernel_free_pages / 8; // Kernel BitMap的长度,位图中的一位表示一页,以字节为单位
uint32_t ubm_length = user_free_pages / 8; // User BitMap的长度.
uint32_t kp_start = used_mem; // Kernel Pool start,内核内存池的起始地址
uint32_t up_start = kp_start + kernel_free_pages * PG_SIZE; // User Pool start,用户内存池的起始地址
kernel_pool.phy_addr_start = kp_start;
user_pool.phy_addr_start = up_start;
kernel_pool.pool_size = kernel_free_pages * PG_SIZE;
user_pool.pool_size = user_free_pages * PG_SIZE;
kernel_pool.pool_bitmap.btmp_bytes_len = kbm_length;
user_pool.pool_bitmap.btmp_bytes_len = ubm_length;
/********* 内核内存池和用户内存池位图 ***********
* 位图是全局的数据，长度不固定。
* 全局或静态的数组需要在编译时知道其长度，
* 而我们需要根据总内存大小算出需要多少字节。
* 所以改为指定一块内存来生成位图.
* ************************************************/
// 内核使用的最高地址是0xc009f000,这是主线程的栈地址.(内核的大小预计为70K左右)
// 32M内存占用的位图是2k.内核内存池的位图先定在MEM_BITMAP_BASE(0xc009a000)处.
kernel_pool.pool_bitmap.bits = (void*)MEM_BITMAP_BASE;
/* 用户内存池的位图紧跟在内核内存池位图之后 */
user_pool.pool_bitmap.bits = (void*)(MEM_BITMAP_BASE + kbm_length);
/* 将位图置0*/
bitmap_init(&kernel_pool.pool_bitmap);
bitmap_init(&user_pool.pool_bitmap);
/* 下面初始化内核虚拟地址的位图,按实际物理内存大小生成数组。*/
kernel_vaddr.vaddr_bitmap.btmp_bytes_len = kbm_length; // 用于维护内核堆的虚拟地址,所以要和内核内存池大小一致
/* 位图的数组指向一块未使用的内存,目前定位在内核内存池和用户内存池之外*/
kernel_vaddr.vaddr_bitmap.bits = (void*)(MEM_BITMAP_BASE + kbm_length + ubm_length);
kernel_vaddr.vaddr_start = K_HEAP_START;
bitmap_init(&kernel_vaddr.vaddr_bitmap);
}
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分配物理内存
malloc分配了虚拟地址，也会为该虚拟地址物理内存。linux的实现上，分配物理地址不是实时的，这里先假设是实时的，并且每次分配是按照页为单位。 关键的一点，分配的物理内存和分配的虚拟内存 要通过 页表 关联上。
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| /* 分配pg_cnt个页空间,成功则返回起始虚拟地址,失败时返回NULL */
void* malloc_page(enum pool_flags pf, uint32_t pg_cnt) {
ASSERT(pg_cnt > 0 && pg_cnt < 3840);
/*********** malloc_page的原理是三个动作的合成: ***********
1通过vaddr_get在虚拟内存池中申请虚拟地址
2通过palloc在物理内存池中申请物理页
3通过page_table_add将以上得到的虚拟地址和物理地址在页表中完成映射
***************************************************************/
void* vaddr_start = vaddr_get(pf, pg_cnt);
if (vaddr_start == NULL) {
return NULL;
}
uint32_t vaddr = (uint32_t)vaddr_start, cnt = pg_cnt;
struct pool* mem_pool = pf & PF_KERNEL ? &kernel_pool : &user_pool;
/* 因为虚拟地址是连续的,但物理地址可以是不连续的,所以逐个做映射*/
while (cnt-- > 0) {
void* page_phyaddr = palloc(mem_pool);
if (page_phyaddr == NULL) { // 失败时要将曾经已申请的虚拟地址和物理页全部回滚，在将来完成内存回收时再补充
return NULL;
}
page_table_add((void*)vaddr, page_phyaddr); // 在页表中做映射
vaddr += PG_SIZE; // 下一个虚拟页
}
return vaddr_start;
}
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