OS\_Lab2 内存

在 jos中 BIOS程序先写好了，qemu已启动直接跳到了 0x7c00处开始执行程序，在设模式下内存布局如图

!preview

注意：在 lab1中作者已经帮我们手动映射了 4 MB的内存

所以0XF0100000开始的内存映射到了0x0100000的位置上，物理地址加上0XF0000000就是虚拟地址

物理地址直接通过MMU模块转换成了虚拟地址！

到目前为止，内核已经写进了了内存，

如图

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将一个已经映射好的页表的地址放在指定的地方，开业分页模式后，cpu会自动查找到这个并且通过MMU模块转换层虚拟地址

开始 lab2 ！

本章主要内容是内存管理虚拟内存 -\> 映射到物理内存

目前的内存布局如下

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在写入完内核后，我们知道j接下来的任务建立页表，我们要从哪里开始建立页表呢？很明显是在内核之后，而我们不知道内核的具体到小，而内核的大小是不固定的，在那个地址结束呢？在 kernel文件生成时，BSS段我们设置一个变量 end，作为内核结束的标志，所以我们可以在其他文件extend 引用这个变量，就可以知道内核结束的位置在哪里！

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Exercise 1. 完善函数 Exercise 1. 完善函数

In the file kern/pmap.c, you must implement code for the following functions (probably in the order given).

```

1

2

3

4

5

```

```hljs isbl

>boot_alloc()

>mem_init() (only up to the call to check_page_free_list(1)`)

>page_init()

>page_alloc()

>page_free()

```

check_page_free_list() and check_page_alloc() test your physical page allocator. You should boot JOS and see whether check_page_alloc() reports success. Fix your code so that it passes. You may find it helpful to add your own assert() s to verify that your assumptions are correct.

第一个函数： boot\_alloc()

最基本的分配内存方式（目前没有malloc，所以我们自己实现一个）：


boot_alloc(uint32_t n)
{
	   static char *nextfree;	// virtual address of next byte of free memory
	   char *result;
        if (!nextfree) {
          extern char end[];
          nextfree = ROUNDUP((char *)end, PGSIZE);
        }
        cprintf("boot_alloc memory at %x\n", nextfree);
        cprintf("Next memory at %x\n", ROUNDUP((char *)(nextfree + n), PGSIZE));
        if (n != 0) {
          char *next = nextfree;
          nextfree = ROUNDUP((char *)(nextfree + n), PGSIZE);
          return next;
        } else{
          return nextfree;
		}
}

有了基本的内存分配方式就可以随心分配内存了

先分配 页目录表：


kern_pgdir = (pde_t *)boot_alloc(PGSIZE);
memset(kern_pgdir, 0, PGSIZE);

随后我们继续分配页表

每个页表项都是个结构体，这个结构体用途是管理内存，这里的每个结构体都管理这个一个4k大小的内存！！


pages = (struct PageInfo*)boot_alloc(sizeof (struct PageInfo)*npages);  //调用boot_alloc()函数找到空闲空间起点，并且大小n= PageInfo结构大小*npages
memset(pages,0,sizeof (struct PageInfo)*npages);

![](http://imt.rui.vin/202202172123327.png)

第二个函数page\_init()

初始化页表：

pages并没有内容

按要求来

第一个物理页标记为被使用，有几个区间是不可以用的


void
page_init(void)
{
	size_t i;
	size_t io_hole_start_page = (size_t)IOPHYSMEM / PGSIZE;
	size_t kernel_end_page = PADDR(boot_alloc(0)) / PGSIZE;  //注意boot_alloc()返回虚拟地址
	for (i = 0; i < npages; i++) {
	    if(i==0) //如上面要求1
	    {
	        pages[i].pp_ref = 1;
			pages[i].pp_link = NULL;
	    }
	    else if(i >= io_hole_start_page && i <= kernel_end_page)   //这区域内是已经被使用的了
	    {
	        pages[i].pp_ref = 1;
			pages[i].pp_link = NULL;
	    }
	    else  //而这段 才是真正 我么可以操控的内存
	    {
			pages[i].pp_ref = 0;
			pages[i].pp_link = page_free_list; //  头插法形成一个链表
			page_free_list = &pages[i];
		}
	}
}

第三个函数 page\_alloc()

page\_init 生成了页表，但是页表项并没有管理空间， page\_alloc 函数可以申请一个空间，并用一个PageInfo来管理


struct PageInfo *
page_alloc(int alloc_flags)
{
	// Fill this function in ///  page_free_list是指向页表项的结构体指针 （链表）
        if (page_free_list == NULL) {
          cprintf("out of free memory");
          return NULL;
        }
        struct PageInfo *addr = page_free_list;
        page_free_list = page_free_list->pp_link;  //需要使用一个页表项 ，防止丢失，指向下一个页表项
        addr->pp_link = NULL;
        if (alloc_flags & ALLOC_ZERO) {  //看 传入的参数， 如果为 1 ，则申请一个 4k的内存
          memset(page2kva(addr), 0, PGSIZE);  //
        }
        return addr;
}

这里说下 page2kva(addr) 这个函数；

memset扩充内存，操作的虚拟是虚拟内存（实际物理地址加 0xf00000）

现在的addr 只是这个页表项的地址，如果直接按这个地址扩展的话肯定是会覆盖其他页表项的，所以呢，我们的根据这个页表项设计出在那分配内存

page2pa ： pages是页表项的初始地址 pp-pages 可以得出是第几个页表项；而左移则是乘以4096 ，那么这个结果是物理页的偏移量，我们可以算出在哪里开始分配内存

KADDR ：刚才得出的是物理内存，我们还得把这个转换成虚拟地址，这个宏就可以将物理地址转换成虚拟地址

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