ucore Lab2
lab 2 直接执行make qemu-nox会显示 assert 失败:
kernel panic at kern/mm/default_pmm.c:277: assertion failed: (p0 = alloc_page()) == p2 - 1
对物理内存的管理,为了节省空间,也是为了配合接下来的虚拟内存管理,通常以某个比 byte 大一些的单位进行管理,我们称这一单位内存为一"ҳ(page)",通常是 4KB.待 pages 初始化完毕后,物理内存示意图如下:
其中绿色代表可以分配的内存,红色代表不可被分配的内存.注意,ucore规定物理内存可用范围最大不超过KERNSIZE.函数page_init的主要作用就是初始化pages也就是所有page的所有信息.
注意,pages以全局指针的形式存在,因为最开始无法知道 page 的数量,所以无法写成数量确定的数组.此数量必须尽快确认,否则后期无法管理.
如何确定 page 的数量npage呢?
npages可由最大物理内存边界/PGSIZE 得出.
而最大物理内存边界可以借助 BIOS 可以探测并计算出来,参考探测系统物理内存布局和实现物理内存探测.可以获取到最大可用物理内存边界maxpa, 但maxpa 最终必须<=KMEMSIZE.
于是确认了npage和pages:
npage = maxpa / PGSIZE; pages = (struct Page *)ROUNDUP((void *)end, PGSIZE);// 从end向上取整页
每个page 的状态即其四个字段:
struct Page { int ref; // 虚存引用计数, 实际上是被页表项引用的数量.每有一个页表项指向此 page,ref 就+1 uint32_t flags; // 当前页状态位.解释见下 unsigned int property; // (对于 first fit)用于可用区域内存的第一个 page,记录其之后有多少个 page 是 free 的 list_entry_t page_link; // 上/下一个空闲 page }; 对于状态的解释 : 在当前阶段,此字段理解为是否可用.通过SetPageReserved来标记其为保留(即不可用)的.
注意使用free_list作为双良链表的表头,应使用相关函数维护好关系.
参考 严蔚敏老师的 数据结构(C 语言版) 8.2 节 "首次拟合法".
first fit 算法要求空闲 block 按起始地址有序排列.
default 系列的内存管理函数,注释已经描述的非常清楚了,这里再描述下算法原理.
first-fit 的分配算法, 核心步骤如下:
- 找到 property > n 的节点 base_page
- 从 base_page 步进 n 个 page 找到 p
- 设置 p 的 property,值为 property - n
- 把 p 作为新节点直接加入链表
- 删除 base_page
释放的情况比较多,释放page后有四种情况:
- 空闲块与其之前的空闲块相邻,与之后的空闲块不相邻
- 空闲块与其之前的空闲块相邻,与之后的空闲块相邻
- 空闲块与其之前的空闲块不相邻,与之后的空闲块不相邻
- 空闲块与其之前的空闲块相邻,与之后的空闲块也相邻
完成函数:
pte_t * get_pte(pde_t *pgdir, uintptr_t la, bool create) { 此函数的作用是向上提供一个几乎透明的操作,返回指定 linear address 对应的 page table entry.注意写这个函数时有坑,此函数并非要初始化对应的页表项,而是单纯的获取其地址! 初始化页表项的在boot_map_segment中进行.
得到 page dir 的 index: PDX(la),于是对应的 pde 是 pgdir[PDX(la)].
考察 pde 具体的结构:
高 20 位是 page table 地址.
pgdir[PSX(la)]& ~0xFFF即可得到 page table 的物理地址.
在取值之前,首先要判断存在位PTE_P.
- 如果存在,说明之前已经初始化过了 pd,只需计算la对应的页表项即可.
- 如果不存在,说明当前 page directory entry 除了 PTE_P 外都是空的!更别说页表了,肯定也是不存在.此时需要新申请一块物理内存,作为新的页表.但如果 create=0 的话就直接返回 NULL 就行了.
当前的页目录是__boot_pgdir,而我们之前只初始化了虚拟地址的[0,4M)和KERNBASE + [0 ~ 4M)的页表,而未初始化其他部分.其他部分是 0.新申请page作为页表之后,只是把页表的(物理)基址写到 pd 项中而已.此函数可能更新pd,但不会更新pt.
pte_t * get_pte(pde_t *pgdir, uintptr_t la, bool create) { // 1. 由线性地址取page directory 中对应的条目 pde_t *pdep = &pgdir[PDX(la)]; // 2.1 若存在位为 0,则需要判断 create 选项. if (!(*pdep & PTE_P)) { struct Page *page; // 2.1.1 若 create=0 则返回 NULL if (!create) return NULL; // 2.1.2 若 create=1 则分配一块物理内存,作为新的页表 if (page = alloc_page() == NULL) { return NULL; } // 2.1.3 设置此 page 的引用计数 set_page_ref(page, 1); // 2.1.4 修改 page directory 项的标志位,把新页表地址写入此项. uintptr_t pa = page2pa(page); memset(KADDR(pa), 0, PGSIZE); *pdep = pa | PTE_U | PTE_W | PTE_P; } // 2.2 若存在位不为 0,则返回页表项地址. // 1. 对 *pdep 取高 20 位得到页表(物理)基址 // 2. 用KADDR将页表物理基址换算为内核虚拟地址 // 2. 从页表虚拟基址取 PTX(la) 个偏移量得到页表项,返回它的地址. return &((pte_t *)KADDR(PDE_ADDR(*pdep)))[PTX(la)]; } 编写函数:
// 释放给定页表ptep关联的page // 去使能地址 la 对应的 tlb. static inline void page_remove_pte(pde_t *pgdir, uintptr_t la, pte_t *ptep)
用到函数:page_ref_dec, 即减少引用.
// 排除页表不存在的情况 if (*ptep & PTE_P) { struct Page *page = pte2page(*ptep); if (page_ref_dec(page) == 0) { free_page(page); } *ptep = 0; tlb_invalidate(pgdir, la); } 来源：博客园
作者：李斌libinyl的博客
链接：https://www.cnblogs.com/liyeliang/p/11455410.html