物理内存管理

src/include/onix/memory.h

@@ -5,6 +5,7 @@
 #include <onix/onix.h>
 #include <onix/printk.h>
 #include <onix/assert.h>
+#include <onix/stdlib.h>
 
 
 #define PAGE_SIZE 0x1000     // 一页的大小 4K
@@ -13,9 +14,11 @@
 #define ZONE_VALID 1  // 可用内存区域
 #define ZONE_RESERVED 2  // 不可用内存区域
 #define IDX(addr) (((usize)addr) >> 12)  // 获得 addr 的页索引, 每页是4k大小, 2的12次方 是4k, 地址直接除以4096就得到了地址所在页的索引
+#define PAGE(idx) (((usize)addr) << 12)  // 和上面相反, 这里是获得某个页的起始位置
 
 
-void memory_init(u32 magic, u32* addr,  u8* mem_struct_buffer_addr);
+void memory_init(u32 magic, u32* addr,  u8* mem_struct_buffer_addr);  // 这个在strat.asm中调用
+void memory_map_init();  // c程序调用
 
 typedef struct mem_struct
 {
@@ -24,4 +27,10 @@ typedef struct mem_struct
     u32 type; // 类型
 } _packed mem_struct;
 
+
+// 获得一页空闲的内存
+static u32 get_page();
+// 释放一页空闲的内存
+static void put_page(u32 addr);
+
 #endif

src/include/onix/onix.h

@@ -14,6 +14,7 @@
 #include <onix/clock.h>>
 #include <onix/time.h>>
 #include <onix/rtc.h>>
+#include <onix/memory.h>>
 
 
 void kernel_init();

src/include/onix/stdlib.h

@@ -1,9 +1,19 @@
 #ifndef ONIX_STDLIB_H
 #define ONIX_STDLIB_H
 #include <onix/types.h>
+
+
+#define MAX(a, b) (a < b ? b : a)
+#define MIN(a, b) (a < b ? a : b)
+
 void delay (u32 count);
 void hang();
 
 u8 bcd_to_bin(u8 value);
 u8 bin_to_bcd(u8 value);
+
+// 计算 num 分成 size 的数量
+u32 div_round_up(u32 num, u32 size);
+
+
 #endif

src/kernel/main.c

@@ -5,10 +5,10 @@
 
 void kernel_init(){
     // 初始化控制台
-    console_init();
+    // console_init();
 
     // 初始化全局描述符
-    gdt_init();
+    // gdt_init();
     
     // 初始化中断
     interrupt_init();
@@ -17,7 +17,7 @@ void kernel_init(){
     // task_init();
 
     // 初始化时钟中断
-    // clock_init();
+    clock_init();
 
     // 初始化时间
     // time_init();
@@ -26,6 +26,9 @@ void kernel_init(){
     // rtc_init();
 
 
+    memory_map_init();
+    memory_test();
+    
 
 
     asm volatile("sti\n");

src/kernel/memory.c

@@ -1,13 +1,14 @@
 
 #include <onix/memory.h>
 
-static usize memory_base = 0; // 可用内存基地址，应该等于 1M
+static usize memory_base = 0; // 可用内存基地址，这个在调用完memory_init之后应该是 0x100000
 static usize memory_size = 0; // 可用内存大小
 static usize total_pages = 0; // 所有内存页数
 static usize free_pages = 0;  // 空闲内存页数
 
-// 找到一块最大的物理页, 且是0x10000为初始位置的
+// 找到一块最大的物理页, 且是0x100000为初始位置的
 void memory_init(u32 magic, u32* mem_struct_count_addr, u8* mem_struct_buffer_addr){
+    printk("------ memory_init ------\n");
     u32 mem_struct_count = *mem_struct_count_addr;
 
     if(ONIX_MAGIC != magic) {
@@ -37,6 +38,96 @@ void memory_init(u32 magic, u32* mem_struct_count_addr, u8* mem_struct_buffer_ad
     printk("Memory size 0x%p\n", (u32)memory_size);
     printk("free_pages %d\n", free_pages);
     printk("total_pages %d\n", total_pages);
+}
+
+static u32 start_page = 0;   // 可分配物理内存起始位置, 应该在管理页的后面
+static u8 *memory_map;       // 物理内存数组
+static u32 memory_map_pages; // 物理内存数组占用的页数
+
+
+// 初始化用来管理物理内存的 "管理者"数组
+// 我们用 1位 表示1页是否被占用, 用来当做管理全部的页
+// 这个在可用内存的最开头的位置
+void memory_map_init(){
+    printk("------ memory_map_init ------\n");
+    // 初始化管理物理内存的数组, 我们用内存起始位置的开头, 来当做 "管理者"
+    memory_map = (u8*)memory_base;
+
+    // 计算管理者 占用的页数, (总页数 / 页大小   得到的就是管理 "总页数" 需要多少个 基础的"页" 保存每个页是否被占用)
+    memory_map_pages = div_round_up(total_pages, PAGE_SIZE);
+    printk("memory_map_pages: %d\n", memory_map_pages);
+
+    // 这些页已经被"管理者" 占用了, 需要去掉
+    free_pages -= memory_map_pages;
+
+    // 初始化 "管理者"
+    memset(memory_map, 0, PAGE_SIZE * memory_map_pages);
+
+    // 我们可用的只有0x100000之后的物理内存 且0x100000之后的前n页, 被我们的"管理者"所占用
+    // 这里设置 已经被占用的页的状态
+    start_page = IDX(MEMORY_BASE) + memory_map_pages;
+    for (usize i = 0; i < start_page; i++){
+        memory_map[i] = 1;
+    }
+    printk("free_pages %d\n", free_pages);
+    printk("total_pages %d\n", total_pages);
+}
+
+
+// 获得一页空闲的内存
+static u32 get_page(){
+    for (usize i = start_page; i < total_pages; i++){
+        if (memory_map[i] == 0) {
+            memory_map[i] = 1;
+            // 不应该存在空闲页, 但是free_pages为0的情况
+            if (free_pages == 0) {
+                panic("free page size error");
+            }
+            // 得到页的初始位置
+            usize page = ((usize)i) << 12;
+            printk("get page is os: 0x%p\n", page);
+            free_pages -= 1;
+            return page;
+        }
+    }
+
+    // 同样的 也没有空闲页了
+    panic("Out of Memory");
+
+}
+
+// 释放一页空闲的内存
+static void put_page(u32 addr){
+    // 禁止非页的起始位置传入进来
+    assert((addr & 0xfff) == 0);
+
+    usize idx = IDX(addr);
+    // 禁止idx小于start_page的页的起始地址传入进来, 禁止超过最大页
+    assert(idx >= start_page && idx < total_pages);
+
+    // 保证最少一个引用,这个也
+    assert(memory_map[idx] >= 1);
+
+    memory_map[idx] -= 1;
     
+    // 如果减去一之后被引用的数量为0, 说明这页内存没人使用, 空闲页+1
+    if (memory_map[idx] == 0) {
+        free_pages += 1;
+    }
+
+    // 保证free_page > 0
+    assert(free_pages > 0 && free_pages < total_pages);
+    printk("put page is os: 0x%p\n", addr);
+}
 
+void memory_test(){
+    usize size = 5;
+    usize pages[size];
+    for (usize i = 0; i < size; i++){
+        pages[i] = get_page();
+    }
+
+    for (usize i = 0; i < size; i++){
+        put_page(pages[i]);
+    }
 }

src/kernel/start.asm

@@ -2,7 +2,9 @@
 
 ; 导入外部符号
 extern kernel_init
+extern console_init
 extern memory_init
+extern gdt_init
 
 ; 导出符号
 global _start
@@ -13,9 +15,11 @@ _start:
     push ebx  ; 内存结构体的数量 u32 ptr 起始位置
     push eax  ; magic
 
+    call console_init  ; 控制台初始化
+    call gdt_init  ; 全局描述符初始化
     call memory_init  ; 初始化内存
+    call kernel_init
 
-    ; call kernel_init
     jmp $
 
 

src/lib/stdlib.c

@@ -16,4 +16,10 @@ u8 bcd_to_bin(u8 value){
 }
 u8 bin_to_bcd(u8 value){
     return (value / 10) * 0x10 + (value % 10);
+}
+
+
+// 计算 num 分成 size 的数量
+u32 div_round_up(u32 num, u32 size){
+    return (num + size - 1) / size;
 }