自己动手写操作系统（六）

    今天开始进入内存管理的编写。按照顺序，我们首先要实现的是kmalloc。在arale os中我们用coalition_allocator来进行kmalloc对应的内存管理。实际上，coalition_allocator的内存管理方法是参照了buddy来的。有兴趣的同学可以在网上找到很多关于buddy的内存管理文章，这里就不在多说了。

    我们先来看几个比较关键的结构体：

1.已分配内存头：    

typedef struct pmm_stamp
{
    int type;
    union 
    {
        mm_page page;
        core_mem_cache_content cache_content;
    };
}pmm_stamp;

    这个结构体实际上是用来标记了分配出去的内存类型／相关的page信息。每次分配内存时，我们都会多分配一些内存来保存这个信息。方便之后的内存释放和管理。下图就是实际的内存非配内容：

    ｜pmm_stamp|memory

                           |

                           |

                           这里是返回给上层的地址（addr），我们可以通过（pmm_stamp *）（addr － sizeof(pmm_stamp))就可以获取当前分配出内存的所有信息。

其中type主要有下面几类：

enum PMM_TYPE {
    PMM_TYPE_NORMAL = 0,
    PMM_TYPE_PMEM,
    PMM_TYPE_CACHE
};

PMM_TYPE_NORMAL:正常的物理内存，它的头长度就是sizeof(pmm_stamp)

PMM_TYPE_PMEM:4K对齐物理内存，这个主要是用来给PGD用的，因为注册PGD的内存必须是4K对齐，所以它的起始地址也必须是4K对齐。如果使用NORMAL，有可能出现未4K对齐的情况。

PMM_TYPE_CACHE：小内存使用。

2.page信息

typedef struct mm_page 
{
    struct list_head ll;
    addr_t start_pa;
    uint32_t size;
    int type;
    core_mem_cache_content *cache; 
}mm_page;

    ll:主要用来插入free／used队列

   start_pa:记录物理地址

   size：记录内存大小，方便free

   cache：之后用来做小内存的slab管理

3.memory zone信息

typedef struct mm_zone
{
    addr_t start_pa;
    addr_t end_pa;
    //use the follow three param to do kswap.
    uint32_t pages_low;
    uint32_t pages_high;
    uint32_t pages_mid;

    //free pages
    uint32_t total_free_pages;
    zone_area nr_area[ZONE_FREE_MAX_ORDER]; //4K,8K,16K
    void (*alloctor_init)(addr_t start_address,uint32_t size);
    void* (*alloctor_get_memory)(uint32_t size);
    int (*alloctor_free)(addr_t address);
    void* (*alloctor_pmem)(uint32_t size);
    void (*alloctor_pmem_free)(addr_t address);
}mm_zone;

kmalloc主要是针对normal zone做的内存分配。所以我们用nr_area[]来管理4K／8K／16K／32K等等。而zone_area其实就是一个包含2个list的struct

typedef struct zone_area
{
    struct list_head free_page_list;
    struct list_head used_page_list;
    //uint32_t nr_free_pages; no use
}zone_area;

free_page_list:用来存放当前块对应的free 内存

user_page_list:用来存放当前块已分配的内存

内存关键的数据结构基本上就是上面这几个。接下来的处理就是用这些数据结构来管理物理内存。具体流程下篇继续。

arale os github：

https://github.com/wangsun1983/arale