跟我一起写操作系统

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本文作者:李德强
          第一节 内存规划
 
 

        为了让操作系统能够统一的管理内存,所以需要让操作系统知道每一个内存地址的使用情况,是可用的,还是不可用的,并采用分页的形式将其管理起来。具体来说就是将4GB的内存(在32位保护模式下CPU只能识别4GB内存)按一定的大小分为多个页面,这里所说的大小不是唯一的,可根据多方面的条件来权衡,在这里我们将页面大小定义为4KB,也就是4096B。并定义一个map位图来存放各个内存页面的使用情况,这个map的大小为1024 * 1024 = 1048576 = 0x100000。也就是说这个map本身占用1MB的内存空间,它的每一个字节代表内存中对应的每一个内存页的使用情况。

        另外,操作系统内核程序占用1MB的内存空间,内核在跳转到保护模式时,栈底已经指定为内存地址0x400000。所以map要从0x400000开始到0x4ffffff正好1MB的内存空间,如下图:



 

        对于内核程序、内核堆栈和map所占用的空间,均为固定内存使用空间,也就是说,这部分内存不能再被其它程序所申请,所以从0x0到0x4fffff这部分内存空间默认均为已使用状态。

        首先新建alloc.h和alloc.c分别放入include/kernel和mm文件夹中,并在alloc.h中定义3个位图使用状态和内存分配情况:

//未使用
#define MM_FREE                                (0)
//已使用
#define MM_USED                                (1)
//动态分配
#define MM_DYNAMIC                             (2)
//内存页大小4096B
#define MM_PAGE_SIZE                            (4 * 1024)
//内存总页数
#define MAP_SIZE                                (1024 * 1024)
//内核程序大小256页 256 * 4096 = 1MB
#define KERNEL_SIZE                             (0x100)
//MMAP所在内存地址为0x400000 - 0x4fffff
//从0x500000以下为0x500个内存页
#define MMAP_USED_SIZE                          (0x500)

        安装alloc内存申请模块,为map指定相关内存和使用状态:

//位图所在的固定内存区域为0x400000 ~ 0x4fffff
mmap = (u8 *) 0x400000;
for (int i = 0; i < MAP_SIZE; i++)
{
        //mmap所占用的0x500000以下均为已使用
        if (i < MMAP_USED_SIZE)
        {
                //设定内核所占用的1MB内存为已使用
                mmap[i] = MM_USED;
        }
        //剩下的内存为未使用
        else
        {
                mmap[i] = MM_FREE;
        }
}

 

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