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# 17 | 划分土地（中）：如何实现内存页面初始化？
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你好，我是LMOS。
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上节课，我们确定了用分页方式管理内存，并且一起动手设计了表示内存页、内存区相关的内存管理数据结构。不过，虽然内存管理相关的数据结构已经定义好了，但是我们还没有在内存中建立对应的**实例变量**。
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我们都知道，在代码中实际操作的数据结构必须在内存中有相应的变量，这节课我们就去建立对应的实例变量，并初始化它们。
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## 初始化
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前面的课里，我们在hal层初始化中，初始化了从二级引导器中获取的内存布局信息，也就是那个**e820map\_t数组**，并把这个数组转换成了phymmarge\_t结构数组，还对它做了排序。
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但是，我们Cosmos物理内存管理器剩下的部分还没有完成初始化，下面我们就去实现它。
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Cosmos的物理内存管理器，我们依然要放在Cosmos的hal层。
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因为物理内存还和硬件平台相关，所以我们要在cosmos/hal/x86/目录下建立一个memmgrinit.c文件，在这个文件中写入一个Cosmos物理内存管理器初始化的大总管——init\_memmgr函数，并在init\_halmm函数中调用它，代码如下所示。
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```
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//cosmos/hal/x86/halmm.c中
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//hal层的内存初始化函数
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void init_halmm()
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{
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init_phymmarge();
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init_memmgr();
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return;
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}
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//Cosmos物理内存管理器初始化
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void init_memmgr()
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{
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//初始化内存页结构msadsc_t
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//初始化内存区结构memarea_t
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return;
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}
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```
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根据前面我们对内存管理相关数据结构的设计，你应该不难想到，在init\_memmgr函数中应该要完成**内存页结构msadsc\_t和内存区结构memarea\_t的初始化**，下面就分别搞定这两件事。
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### 内存页结构初始化
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内存页结构的初始化，其实就是初始化msadsc\_t结构对应的变量。因为一个msadsc\_t结构体变量代表一个物理内存页，而物理内存由多个页组成，所以最终会形成一个msadsc\_t结构体数组。
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这会让我们的工作变得简单，我们只需要找一个内存地址，作为msadsc\_t结构体数组的开始地址，当然这个内存地址必须是可用的，而且之后内存空间足以存放msadsc\_t结构体数组。
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然后，我们要扫描phymmarge\_t结构体数组中的信息，只要它的类型是可用内存，就建立一个msadsc\_t结构体，并把其中的开始地址作为第一个页面地址。
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接着，要给这个开始地址加上0x1000，如此循环，直到其结束地址。
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当这个phymmarge\_t结构体的地址区间，它对应的所有msadsc\_t结构体都建立完成之后，就开始下一个phymmarge\_t结构体。依次类推，最后，我们就能建好所有可用物理内存页面对应的msadsc\_t结构体。
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下面，我们去cosmos/hal/x86/目录下建立一个msadsc.c文件。在这里写下完成这些功能的代码，如下所示。
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```
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void write_one_msadsc(msadsc_t *msap, u64_t phyadr)
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{
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//对msadsc_t结构做基本的初始化，比如链表、锁、标志位
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msadsc_t_init(msap);
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//这是把一个64位的变量地址转换成phyadrflgs_t*类型方便取得其中的地址位段
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phyadrflgs_t *tmp = (phyadrflgs_t *)(&phyadr);
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//把页的物理地址写入到msadsc_t结构中
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msap->md_phyadrs.paf_padrs = tmp->paf_padrs;
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return;
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}
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u64_t init_msadsc_core(machbstart_t *mbsp, msadsc_t *msavstart, u64_t msanr)
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{
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//获取phymmarge_t结构数组开始地址
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phymmarge_t *pmagep = (phymmarge_t *)phyadr_to_viradr((adr_t)mbsp->mb_e820expadr);
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u64_t mdindx = 0;
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//扫描phymmarge_t结构数组
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for (u64_t i = 0; i < mbsp->mb_e820exnr; i++)
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{
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//判断phymmarge_t结构的类型是不是可用内存
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if (PMR_T_OSAPUSERRAM == pmagep[i].pmr_type)
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{
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//遍历phymmarge_t结构的地址区间
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for (u64_t start = pmagep[i].pmr_saddr; start < pmagep[i].pmr_end; start += 4096)
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{
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//每次加上4KB-1比较是否小于等于phymmarge_t结构的结束地址
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if ((start + 4096 - 1) <= pmagep[i].pmr_end)
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{
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//与当前地址为参数写入第mdindx个msadsc结构
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write_one_msadsc(&msavstart[mdindx], start);
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mdindx++;
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}
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}
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}
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}
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return mdindx;
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}
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void init_msadsc()
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{
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u64_t coremdnr = 0, msadscnr = 0;
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msadsc_t *msadscvp = NULL;
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machbstart_t *mbsp = &kmachbsp;
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//计算msadsc_t结构数组的开始地址和数组元素个数
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if (ret_msadsc_vadrandsz(mbsp, &msadscvp, &msadscnr) == FALSE)
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{
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system_error("init_msadsc ret_msadsc_vadrandsz err\n");
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}
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//开始真正初始化msadsc_t结构数组
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coremdnr = init_msadsc_core(mbsp, msadscvp, msadscnr);
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if (coremdnr != msadscnr)
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{
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|
system_error("init_msadsc init_msadsc_core err\n");
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}
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//将msadsc_t结构数组的开始的物理地址写入kmachbsp结构中
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mbsp->mb_memmappadr = viradr_to_phyadr((adr_t)msadscvp);
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//将msadsc_t结构数组的元素个数写入kmachbsp结构中
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mbsp->mb_memmapnr = coremdnr;
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//将msadsc_t结构数组的大小写入kmachbsp结构中
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mbsp->mb_memmapsz = coremdnr * sizeof(msadsc_t);
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//计算下一个空闲内存的开始地址
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mbsp->mb_nextwtpadr = PAGE_ALIGN(mbsp->mb_memmappadr + mbsp->mb_memmapsz);
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return;
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}
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```
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上面的代码量很少，逻辑也很简单，再配合注释，相信你看得懂。其中的ret\_msadsc\_vadrandsz函数也是遍历phymmarge\_t结构数组，计算出有多大的可用内存空间，可以分成多少个页面，需要多少个msadsc\_t结构。
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### 内存区结构初始化
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前面我们将整个物理地址空间在逻辑上分成了三个区，分别是**：硬件区、内核区、用户区**，这就要求我们要在内存中建立三个memarea\_t结构体的实例变量。
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就像建立msadsc\_t结构数组一样，我们只需要在内存中找个空闲空间，存放这三个memarea\_t结构体就行。相比建立msadsc\_t结构数组这更为简单，因为memarea\_t结构体是顶层结构，并不依赖其它数据结构，只是对其本身进行初始化就好了。
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但是由于它自身包含了其它数据结构，在初始化它时，要对其中的其它数据结构进行初始化，所以要小心一些。
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下面我们去cosmos/hal/x86/目录下建立一个memarea.c文件，写下完成这些功能的代码，如下所示。
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```
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void bafhlst_t_init(bafhlst_t *initp, u32_t stus, uint_t oder, uint_t oderpnr)
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{
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//初始化bafhlst_t结构体的基本数据
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knl_spinlock_init(&initp->af_lock);
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initp->af_stus = stus;
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initp->af_oder = oder;
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initp->af_oderpnr = oderpnr;
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initp->af_fobjnr = 0;
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initp->af_mobjnr = 0;
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initp->af_alcindx = 0;
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initp->af_freindx = 0;
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|
list_init(&initp->af_frelst);
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list_init(&initp->af_alclst);
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list_init(&initp->af_ovelst);
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|
return;
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}
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void memdivmer_t_init(memdivmer_t *initp)
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{
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//初始化medivmer_t结构体的基本数据
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knl_spinlock_init(&initp->dm_lock);
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|
initp->dm_stus = 0;
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initp->dm_divnr = 0;
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initp->dm_mernr = 0;
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//循环初始化memdivmer_t结构体中dm_mdmlielst数组中的每个bafhlst_t结构的基本数据
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for (uint_t li = 0; li < MDIVMER_ARR_LMAX; li++)
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{
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bafhlst_t_init(&initp->dm_mdmlielst[li], BAFH_STUS_DIVM, li, (1UL << li));
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|
}
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bafhlst_t_init(&initp->dm_onemsalst, BAFH_STUS_ONEM, 0, 1UL);
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|
return;
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|
}
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void memarea_t_init(memarea_t *initp)
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{
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//初始化memarea_t结构体的基本数据
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list_init(&initp->ma_list);
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knl_spinlock_init(&initp->ma_lock);
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initp->ma_stus = 0;
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initp->ma_flgs = 0;
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initp->ma_type = MA_TYPE_INIT;
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initp->ma_maxpages = 0;
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initp->ma_allocpages = 0;
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initp->ma_freepages = 0;
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|
initp->ma_resvpages = 0;
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|
initp->ma_horizline = 0;
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|
initp->ma_logicstart = 0;
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|
initp->ma_logicend = 0;
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|
initp->ma_logicsz = 0;
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|
//初始化memarea_t结构体中的memdivmer_t结构体
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memdivmer_t_init(&initp->ma_mdmdata);
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|
initp->ma_privp = NULL;
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return;
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|
}
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bool_t init_memarea_core(machbstart_t *mbsp)
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{
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//获取memarea_t结构开始地址
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u64_t phymarea = mbsp->mb_nextwtpadr;
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//检查内存空间够不够放下MEMAREA_MAX个memarea_t结构实例变量
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if (initchkadr_is_ok(mbsp, phymarea, (sizeof(memarea_t) * MEMAREA_MAX)) != 0)
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{
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return FALSE;
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|
}
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|
memarea_t *virmarea = (memarea_t *)phyadr_to_viradr((adr_t)phymarea);
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for (uint_t mai = 0; mai < MEMAREA_MAX; mai++)
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|
{ //循环初始化每个memarea_t结构实例变量
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|
memarea_t_init(&virmarea[mai]);
|
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|
}
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//设置硬件区的类型和空间大小
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virmarea[0].ma_type = MA_TYPE_HWAD;
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virmarea[0].ma_logicstart = MA_HWAD_LSTART;
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|
virmarea[0].ma_logicend = MA_HWAD_LEND;
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|
virmarea[0].ma_logicsz = MA_HWAD_LSZ;
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//设置内核区的类型和空间大小
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virmarea[1].ma_type = MA_TYPE_KRNL;
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virmarea[1].ma_logicstart = MA_KRNL_LSTART;
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|
virmarea[1].ma_logicend = MA_KRNL_LEND;
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|
virmarea[1].ma_logicsz = MA_KRNL_LSZ;
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//设置应用区的类型和空间大小
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virmarea[2].ma_type = MA_TYPE_PROC;
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virmarea[2].ma_logicstart = MA_PROC_LSTART;
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virmarea[2].ma_logicend = MA_PROC_LEND;
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virmarea[2].ma_logicsz = MA_PROC_LSZ;
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//将memarea_t结构的开始的物理地址写入kmachbsp结构中
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mbsp->mb_memznpadr = phymarea;
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//将memarea_t结构的个数写入kmachbsp结构中
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mbsp->mb_memznnr = MEMAREA_MAX;
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//将所有memarea_t结构的大小写入kmachbsp结构中
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mbsp->mb_memznsz = sizeof(memarea_t) * MEMAREA_MAX;
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//计算下一个空闲内存的开始地址
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mbsp->mb_nextwtpadr = PAGE_ALIGN(phymarea + sizeof(memarea_t) * MEMAREA_MAX);
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return TRUE;
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|
}
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//初始化内存区
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void init_memarea()
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{
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//真正初始化内存区
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if (init_memarea_core(&kmachbsp) == FALSE)
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{
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|
system_error("init_memarea_core fail");
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|
}
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|
|
return;
|
|
|
}
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```
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由于这些数据结构很大，所以代码有点长，但是重要的代码我都做了详细注释。
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在init\_memarea\_core函数的开始，我们调用了memarea\_t\_init函数，对MEMAREA\_MAX个memarea\_t结构进行了基本的初始化。
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然后，在memarea\_t\_init函数中又调用了memdivmer\_t\_init函数，而在memdivmer\_t\_init函数中又调用了bafhlst\_t\_init函数，这保证了那些被包含的数据结构得到了初始化。
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最后，我们给三个区分别设置了类型和地址空间。
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### 处理初始内存占用问题
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我们初始化了内存页和内存区对应的数据结构，已经可以组织好内存页面了。现在看似已经万事俱备了，其实这有个重大的问题，你知道是什么吗？我给你分析一下。
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目前我们的内存中已经有很多数据了，有Cosmos内核本身的执行文件，有字体文件，有MMU页表，有打包的内核映像文件，还有刚刚建立的内存页和内存区的数据结构，这些数据都要占用实际的物理内存。
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再回头看看我们建立内存页结构msadsc\_t，所有的都是空闲状态，而它们每一个都表示一个实际的物理内存页。
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假如在这种情况下，对调用内存分配接口进行内存分配，**它按既定的分配算法查找空闲的msadsc\_t结构，那它一定会找到内核占用的内存页所对应的msadsc\_t结构，并把这个内存页分配出去，然后得到这个页面的程序对其进行改写。这样内核数据就会被覆盖，这种情况是我们绝对不能允许的。**
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所以，我们要把这些已经占用的内存页面所对应的msadsc\_t结构标记出来，标记成**已分配**，这样内存分配算法就不会找到它们了。
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要解决这个问题，我们只要给出被占用内存的起始地址和结束地址，然后从起始地址开始查找对应的msadsc\_t结构，再把它标记为已经分配，最后直到查找到结束地址为止。
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下面我们在msadsc.c文件中来实现这个方案，代码如下。
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```
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//搜索一段内存地址空间所对应的msadsc_t结构
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u64_t search_segment_occupymsadsc(msadsc_t *msastart, u64_t msanr, u64_t ocpystat, u64_t ocpyend)
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|
{
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u64_t mphyadr = 0, fsmsnr = 0;
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|
msadsc_t *fstatmp = NULL;
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for (u64_t mnr = 0; mnr < msanr; mnr++)
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|
{
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|
if ((msastart[mnr].md_phyadrs.paf_padrs << PSHRSIZE) == ocpystat)
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|
{
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|
//找出开始地址对应的第一个msadsc_t结构，就跳转到step1
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fstatmp = &msastart[mnr];
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goto step1;
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}
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}
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step1:
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fsmsnr = 0;
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if (NULL == fstatmp)
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{
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return 0;
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|
}
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for (u64_t tmpadr = ocpystat; tmpadr < ocpyend; tmpadr += PAGESIZE, fsmsnr++)
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{
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|
//从开始地址对应的第一个msadsc_t结构开始设置，直到结束地址对应的最后一个masdsc_t结构
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mphyadr = fstatmp[fsmsnr].md_phyadrs.paf_padrs << PSHRSIZE;
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|
if (mphyadr != tmpadr)
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{
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|
return 0;
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|
}
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|
if (MF_MOCTY_FREE != fstatmp[fsmsnr].md_indxflgs.mf_mocty ||
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|
|
0 != fstatmp[fsmsnr].md_indxflgs.mf_uindx ||
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|
PAF_NO_ALLOC != fstatmp[fsmsnr].md_phyadrs.paf_alloc)
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|
|
{
|
|
|
return 0;
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|
|
}
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|
//设置msadsc_t结构为已经分配，已经分配给内核
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fstatmp[fsmsnr].md_indxflgs.mf_mocty = MF_MOCTY_KRNL;
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|
fstatmp[fsmsnr].md_indxflgs.mf_uindx++;
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|
fstatmp[fsmsnr].md_phyadrs.paf_alloc = PAF_ALLOC;
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|
|
}
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//进行一些数据的正确性检查
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u64_t ocpysz = ocpyend - ocpystat;
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|
if ((ocpysz & 0xfff) != 0)
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|
{
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|
if (((ocpysz >> PSHRSIZE) + 1) != fsmsnr)
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|
{
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|
return 0;
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|
}
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|
return fsmsnr;
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|
|
}
|
|
|
if ((ocpysz >> PSHRSIZE) != fsmsnr)
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|
|
{
|
|
|
return 0;
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|
|
}
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|
return fsmsnr;
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|
|
}
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bool_t search_krloccupymsadsc_core(machbstart_t *mbsp)
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{
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u64_t retschmnr = 0;
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|
msadsc_t *msadstat = (msadsc_t *)phyadr_to_viradr((adr_t)mbsp->mb_memmappadr);
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u64_t msanr = mbsp->mb_memmapnr;
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//搜索BIOS中断表占用的内存页所对应msadsc_t结构
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retschmnr = search_segment_occupymsadsc(msadstat, msanr, 0, 0x1000);
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|
|
if (0 == retschmnr)
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|
{
|
|
|
return FALSE;
|
|
|
}
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|
|
//搜索内核栈占用的内存页所对应msadsc_t结构
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|
retschmnr = search_segment_occupymsadsc(msadstat, msanr, mbsp->mb_krlinitstack & (~(0xfffUL)), mbsp->mb_krlinitstack);
|
|
|
if (0 == retschmnr)
|
|
|
{
|
|
|
return FALSE;
|
|
|
}
|
|
|
//搜索内核占用的内存页所对应msadsc_t结构
|
|
|
retschmnr = search_segment_occupymsadsc(msadstat, msanr, mbsp->mb_krlimgpadr, mbsp->mb_nextwtpadr);
|
|
|
if (0 == retschmnr)
|
|
|
{
|
|
|
return FALSE;
|
|
|
}
|
|
|
//搜索内核映像文件占用的内存页所对应msadsc_t结构
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|
retschmnr = search_segment_occupymsadsc(msadstat, msanr, mbsp->mb_imgpadr, mbsp->mb_imgpadr + mbsp->mb_imgsz);
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if (0 == retschmnr)
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{
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return FALSE;
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}
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return TRUE;
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}
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//初始化搜索内核占用的内存页面
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void init_search_krloccupymm(machbstart_t *mbsp)
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{
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//实际初始化搜索内核占用的内存页面
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|
if (search_krloccupymsadsc_core(mbsp) == FALSE)
|
|
|
{
|
|
|
system_error("search_krloccupymsadsc_core fail\n");
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|
|
}
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return;
|
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|
}
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```
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这三个函数逻辑很简单，由init\_search\_krloccupymm函数入口，search\_krloccupymsadsc\_core函数驱动，由search\_segment\_occupymsadsc函数完成实际的工作。
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由于初始化阶段各种数据占用的开始、结束地址和大小，这些信息都保存在machbstart\_t类型的kmachbsp变量中，所以函数与machbstart\_t类型的指针为参数。
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其实phymmarge\_t、msadsc\_t、memarea\_t这些结构的实例变量和MMU页表，它们所占用的内存空间已经涵盖在了内核自身占用的内存空间。
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好了，这个问题我们已经完美解决，只要在初始化内存页结构和内存区结构之后调用init\_search\_krloccupymm函数即可。
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### 合并内存页到内存区
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我们做了这么多前期工作，依然没有让内存页和内存区联系起来，即让msadsc\_t结构挂载到内存区对应的数组中。只有这样，我们才能提高内存管理器的分配速度。
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让我们来着手干这件事情，这件事情有点复杂，但是我给你梳理以后就会清晰很多。整体上可以分成两步。
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1.**确定内存页属于哪个区**，即标定一系列msadsc\_t结构是属于哪个memarea\_t结构的。
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2.**把特定的内存页合并**，然后挂载到特定的内存区下的memdivmer\_t结构中的dm\_mdmlielst数组中。
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我们先来做第一件事，这件事比较简单，我们只要遍历每个memarea\_t结构，遍历过程中根据特定的memarea\_t结构，然后去扫描整个msadsc\_t结构数组，最后依次对比msadsc\_t的物理地址，看它是否落在memarea\_t结构的地址区间中。
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如果是，就把这个memarea\_t结构的类型值写入msadsc\_t结构中，这样就一个一个打上了标签，遍历memarea\_t结构结束之后，每个msadsc\_t结构就只归属于某一个memarea\_t结构了。
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我们在memarea.c文件中写几个函数，来实现前面这个步骤，代码如下所示。
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```
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//给msadsc_t结构打上标签
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uint_t merlove_setallmarflgs_onmemarea(memarea_t *mareap, msadsc_t *mstat, uint_t msanr)
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{
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u32_t muindx = 0;
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msadflgs_t *mdfp = NULL;
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//获取内存区类型
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switch (mareap->ma_type){
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case MA_TYPE_HWAD:
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muindx = MF_MARTY_HWD << 5;//硬件区标签
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mdfp = (msadflgs_t *)(&muindx);
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break;
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case MA_TYPE_KRNL:
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muindx = MF_MARTY_KRL << 5;//内核区标签
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|
mdfp = (msadflgs_t *)(&muindx);
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|
|
break;
|
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|
case MA_TYPE_PROC:
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|
muindx = MF_MARTY_PRC << 5;//应用区标签
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|
|
mdfp = (msadflgs_t *)(&muindx);
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|
|
break;
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|
}
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|
u64_t phyadr = 0;
|
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|
uint_t retnr = 0;
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|
//扫描所有的msadsc_t结构
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|
for (uint_t mix = 0; mix < msanr; mix++)
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|
{
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if (MF_MARTY_INIT == mstat[mix].md_indxflgs.mf_marty)
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|
{ //获取msadsc_t结构对应的地址
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|
phyadr = mstat[mix].md_phyadrs.paf_padrs << PSHRSIZE;
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|
//和内存区的地址区间比较
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if (phyadr >= mareap->ma_logicstart && ((phyadr + PAGESIZE) - 1) <= mareap->ma_logicend)
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|
|
{
|
|
|
//设置msadsc_t结构的标签
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|
mstat[mix].md_indxflgs.mf_marty = mdfp->mf_marty;
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|
|
retnr++;
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|
}
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|
|
}
|
|
|
}
|
|
|
return retnr;
|
|
|
}
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|
|
|
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|
bool_t merlove_mem_core(machbstart_t *mbsp)
|
|
|
{
|
|
|
//获取msadsc_t结构的首地址
|
|
|
msadsc_t *mstatp = (msadsc_t *)phyadr_to_viradr((adr_t)mbsp->mb_memmappadr);
|
|
|
//获取msadsc_t结构的个数
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|
|
uint_t msanr = (uint_t)mbsp->mb_memmapnr, maxp = 0;
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|
|
//获取memarea_t结构的首地址
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|
|
memarea_t *marea = (memarea_t *)phyadr_to_viradr((adr_t)mbsp->mb_memznpadr);
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|
|
uint_t sretf = ~0UL, tretf = ~0UL;
|
|
|
//遍历每个memarea_t结构
|
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|
for (uint_t mi = 0; mi < (uint_t)mbsp->mb_memznnr; mi++)
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|
|
{
|
|
|
//针对其中一个memarea_t结构给msadsc_t结构打上标签
|
|
|
sretf = merlove_setallmarflgs_onmemarea(&marea[mi], mstatp, msanr);
|
|
|
if ((~0UL) == sretf)
|
|
|
{
|
|
|
return FALSE;
|
|
|
}
|
|
|
}
|
|
|
//遍历每个memarea_t结构
|
|
|
for (uint_t maidx = 0; maidx < (uint_t)mbsp->mb_memznnr; maidx++)
|
|
|
{
|
|
|
//针对其中一个memarea_t结构对msadsc_t结构进行合并
|
|
|
if (merlove_mem_onmemarea(&marea[maidx], mstatp, msanr) == FALSE)
|
|
|
{
|
|
|
return FALSE;
|
|
|
}
|
|
|
maxp += marea[maidx].ma_maxpages;
|
|
|
}
|
|
|
return TRUE;
|
|
|
}
|
|
|
//初始化页面合并
|
|
|
void init_merlove_mem()
|
|
|
{
|
|
|
if (merlove_mem_core(&kmachbsp) == FALSE)
|
|
|
{
|
|
|
system_error("merlove_mem_core fail\n");
|
|
|
}
|
|
|
return;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
```
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我们一下子写了三个函数，它们的作用且听我一一道来。从init\_merlove\_mem函数开始，但是它并不实际干活，作为入口函数，它调用的merlove\_mem\_core函数才是真正干活的。
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这个merlove\_mem\_core函数有两个遍历内存区，第一次遍历是为了完成上述第一步：确定内存页属于哪个区。
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当确定内存页属于哪个区之后，就来到了第二次遍历memarea\_t结构，合并其中的msadsc\_t结构，并把它们挂载到其中的memdivmer\_t结构下的dm\_mdmlielst数组中。
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这个操作就稍微有点复杂了。**第一，它要保证其中所有的msadsc\_t结构挂载到dm\_mdmlielst数组中合适的bafhlst\_t结构中。**
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|
**第二，它要保证多个msadsc\_t结构有最大的连续性。**
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举个例子，比如一个内存区中有12个页面，其中10个页面是连续的地址为0～0x9000，还有两个页面其中一个地址为0xb000，另一个地址为0xe000。
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这样的情况下，需要多个页面保持最大的连续性，还有在m\_mdmlielst数组中找到合适的bafhlst\_t结构。
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那么：0～0x7000这8个页面就要挂载到m\_mdmlielst数组中第3个bafhlst\_t结构中；0x8000～0x9000这2个页面要挂载到m\_mdmlielst数组中第1个bafhlst\_t结构中，而0xb000和0xe000这2个页面都要挂载到m\_mdmlielst数组中第0个bafhlst\_t结构中。
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从上述代码可以看出，遍历每个内存区，然后针对其中每一个内存区进行msadsc\_t结构的合并操作，完成这个操作的是**merlove\_mem\_onmemarea**，我们这就去写好这个函数，代码如下所示。
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|
```
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|
bool_t continumsadsc_add_bafhlst(memarea_t *mareap, bafhlst_t *bafhp, msadsc_t *fstat, msadsc_t *fend, uint_t fmnr)
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|
|
{
|
|
|
fstat->md_indxflgs.mf_olkty = MF_OLKTY_ODER;
|
|
|
//开始的msadsc_t结构指向最后的msadsc_t结构
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|
fstat->md_odlink = fend;
|
|
|
fend->md_indxflgs.mf_olkty = MF_OLKTY_BAFH;
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|
|
//最后的msadsc_t结构指向它属于的bafhlst_t结构
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|
|
fend->md_odlink = bafhp;
|
|
|
//把多个地址连续的msadsc_t结构的的开始的那个msadsc_t结构挂载到bafhlst_t结构的af_frelst中
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|
|
list_add(&fstat->md_list, &bafhp->af_frelst);
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|
|
//更新bafhlst_t的统计数据
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|
bafhp->af_fobjnr++;
|
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|
bafhp->af_mobjnr++;
|
|
|
//更新内存区的统计数据
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|
mareap->ma_maxpages += fmnr;
|
|
|
mareap->ma_freepages += fmnr;
|
|
|
mareap->ma_allmsadscnr += fmnr;
|
|
|
return TRUE;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
bool_t continumsadsc_mareabafh_core(memarea_t *mareap, msadsc_t **rfstat, msadsc_t **rfend, uint_t *rfmnr)
|
|
|
{
|
|
|
uint_t retval = *rfmnr, tmpmnr = 0;
|
|
|
msadsc_t *mstat = *rfstat, *mend = *rfend;
|
|
|
//根据地址连续的msadsc_t结构的数量查找合适bafhlst_t结构
|
|
|
bafhlst_t *bafhp = find_continumsa_inbafhlst(mareap, retval);
|
|
|
//判断bafhlst_t结构状态和类型对不对
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|
if ((BAFH_STUS_DIVP == bafhp->af_stus || BAFH_STUS_DIVM == bafhp->af_stus) && MA_TYPE_PROC != mareap->ma_type)
|
|
|
{
|
|
|
//看地址连续的msadsc_t结构的数量是不是正好是bafhp->af_oderpnr
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|
|
tmpmnr = retval - bafhp->af_oderpnr;
|
|
|
//根据地址连续的msadsc_t结构挂载到bafhlst_t结构中
|
|
|
if (continumsadsc_add_bafhlst(mareap, bafhp, mstat, &mstat[bafhp->af_oderpnr - 1], bafhp->af_oderpnr) == FALSE)
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|
|
{
|
|
|
return FALSE;
|
|
|
}
|
|
|
//如果地址连续的msadsc_t结构的数量正好是bafhp->af_oderpnr则完成，否则返回再次进入此函数
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|
|
if (tmpmnr == 0)
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|
|
{
|
|
|
*rfmnr = tmpmnr;
|
|
|
*rfend = NULL;
|
|
|
return TRUE;
|
|
|
}
|
|
|
//挂载bafhp->af_oderpnr地址连续的msadsc_t结构到bafhlst_t中
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|
|
*rfstat = &mstat[bafhp->af_oderpnr];
|
|
|
//还剩多少个地址连续的msadsc_t结构
|
|
|
*rfmnr = tmpmnr;
|
|
|
return TRUE;
|
|
|
}
|
|
|
return FALSE;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
bool_t merlove_continumsadsc_mareabafh(memarea_t *mareap, msadsc_t *mstat, msadsc_t *mend, uint_t mnr)
|
|
|
{
|
|
|
uint_t mnridx = mnr;
|
|
|
msadsc_t *fstat = mstat, *fend = mend;
|
|
|
//如果mnridx > 0并且NULL != fend就循环调用continumsadsc_mareabafh_core函数，而mnridx和fend由这个函数控制
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|
|
for (; (mnridx > 0 && NULL != fend);)
|
|
|
{
|
|
|
//为一段地址连续的msadsc_t结构寻找合适m_mdmlielst数组中的bafhlst_t结构
|
|
|
continumsadsc_mareabafh_core(mareap, &fstat, &fend, &mnridx)
|
|
|
}
|
|
|
return TRUE;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
|
|
|
bool_t merlove_scan_continumsadsc(memarea_t *mareap, msadsc_t *fmstat, uint_t *fntmsanr, uint_t fmsanr,
|
|
|
msadsc_t **retmsastatp, msadsc_t **retmsaendp, uint_t *retfmnr)
|
|
|
{
|
|
|
u32_t muindx = 0;
|
|
|
msadflgs_t *mdfp = NULL;
|
|
|
|
|
|
msadsc_t *msastat = fmstat;
|
|
|
uint_t retfindmnr = 0;
|
|
|
bool_t rets = FALSE;
|
|
|
uint_t tmidx = *fntmsanr;
|
|
|
//从外层函数的fntmnr变量开始遍历所有msadsc_t结构
|
|
|
for (; tmidx < fmsanr; tmidx++)
|
|
|
{
|
|
|
//一个msadsc_t结构是否属于这个内存区，是否空闲
|
|
|
if (msastat[tmidx].md_indxflgs.mf_marty == mdfp->mf_marty &&
|
|
|
0 == msastat[tmidx].md_indxflgs.mf_uindx &&
|
|
|
MF_MOCTY_FREE == msastat[tmidx].md_indxflgs.mf_mocty &&
|
|
|
PAF_NO_ALLOC == msastat[tmidx].md_phyadrs.paf_alloc)
|
|
|
{
|
|
|
//返回从这个msadsc_t结构开始到下一个非空闲、地址非连续的msadsc_t结构对应的msadsc_t结构索引号到retfindmnr变量中
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|
rets = scan_len_msadsc(&msastat[tmidx], mdfp, fmsanr, &retfindmnr);
|
|
|
//下一轮开始的msadsc_t结构索引
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|
*fntmsanr = tmidx + retfindmnr + 1;
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|
//当前地址连续msadsc_t结构的开始地址
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|
*retmsastatp = &msastat[tmidx];
|
|
|
//当前地址连续msadsc_t结构的结束地址
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|
|
*retmsaendp = &msastat[tmidx + retfindmnr];
|
|
|
//当前有多少个地址连续msadsc_t结构
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|
|
*retfmnr = retfindmnr + 1;
|
|
|
return TRUE;
|
|
|
}
|
|
|
}
|
|
|
return FALSE;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
bool_t merlove_mem_onmemarea(memarea_t *mareap, msadsc_t *mstat, uint_t msanr)
|
|
|
{
|
|
|
msadsc_t *retstatmsap = NULL, *retendmsap = NULL, *fntmsap = mstat;
|
|
|
uint_t retfindmnr = 0;
|
|
|
uint_t fntmnr = 0;
|
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|
bool_t retscan = FALSE;
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|
|
|
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|
for (; fntmnr < msanr;)
|
|
|
{
|
|
|
//获取最多且地址连续的msadsc_t结构体的开始、结束地址、一共多少个msadsc_t结构体，下一次循环的fntmnr
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|
|
retscan = merlove_scan_continumsadsc(mareap, fntmsap, &fntmnr, msanr, &retstatmsap, &retendmsap, &retfindmnr);
|
|
|
if (NULL != retstatmsap && NULL != retendmsap)
|
|
|
{
|
|
|
//把一组连续的msadsc_t结构体挂载到合适的m_mdmlielst数组中的bafhlst_t结构中
|
|
|
merlove_continumsadsc_mareabafh(mareap, retstatmsap, retendmsap, retfindmnr)
|
|
|
}
|
|
|
}
|
|
|
return TRUE;
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
```
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|
|
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|
为了节约篇幅，我删除了大量检查错误的代码，你可以在我提供的[源代码](https://gitee.com/lmos/cosmos/blob/master/lesson16~18/Cosmos/hal/x86/memarea.c#L694)里自行查看。
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|
上述代码中，整体上分为两步。
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第一步，通过merlove\_scan\_continumsadsc函数，返回最多且地址连续的msadsc\_t结构体的开始、结束地址、一共多少个msadsc\_t结构体，下一轮开始的msadsc\_t结构体的索引号。
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|
第二步，根据第一步获取的信息调用merlove\_continumsadsc\_mareabafh函数，把第一步返回那一组连续的msadsc\_t结构体，挂载到合适的m\_mdmlielst数组中的bafhlst\_t结构中。详细的逻辑已经在注释中说明。
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好，内存页已经按照规定的方式组织起来了，这表示物理内存管理器的初始化工作已经进入尾声。
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### 初始化汇总
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别急！先别急着写内存分配相关的代码。到目前为止，我们一起写了这么多的内存初始化相关的代码，但是我们没有调用它们。
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根据前面内存管理数据结构的关系，很显然，**它们的调用次序很重要，谁先谁后都有严格的规定，这关乎内存管理初始化的成败。**所以，现在我们就在先前的init\_memmgr函数中去调用它们，代码如下所示。
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```
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void init_memmgr()
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|
{
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//初始化内存页结构
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init_msadsc();
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|
//初始化内存区结构
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|
init_memarea();
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|
//处理内存占用
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init_search_krloccupymm(&kmachbsp);
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|
//合并内存页到内存区中
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|
init_merlove_mem();
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|
init_memmgrob();
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|
return;
|
|
|
}
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|
```
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|
上述代码中，init\_msadsc、init\_memarea函数是可以交换次序的，它们俩互不影响，但它们俩必须最先开始调用，而后面的函数要依赖它们生成的数据结构。
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但是init\_search\_krloccupymm函数必须要在init\_merlove\_mem函数之前被调用，因为init\_merlove\_mem函数在合并页面时，必须先知道哪些页面被占用了。
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等一等，init\_memmgrob是什么函数，这个我们还没写呢。下面我们就来现实它。
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不知道你发现没有，我们的phymmarge\_t结构体的地址和数量、msadsc\_t结构体的地址和数据、memarea\_t结构体的地址和数量都保存在了kmachbsp变量中，这个变量其实不是用来管理内存的，而且它里面放的是**物理地址**。
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但内核使用的是虚拟地址，每次都要转换极不方便，所以我们要设计一个专用的数据结构，用于内存管理。我们来定义一下这个结构，代码如下。
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```
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//cosmos/include/halinc/halglobal.c
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HAL_DEFGLOB_VARIABLE(memmgrob_t,memmgrob);
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|
typedef struct s_MEMMGROB
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|
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{
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list_h_t mo_list;
|
|
|
spinlock_t mo_lock; //保护自身自旋锁
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|
|
uint_t mo_stus; //状态
|
|
|
uint_t mo_flgs; //标志
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|
u64_t mo_memsz; //内存大小
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|
|
u64_t mo_maxpages; //内存最大页面数
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|
|
u64_t mo_freepages; //内存最大空闲页面数
|
|
|
u64_t mo_alocpages; //内存最大分配页面数
|
|
|
u64_t mo_resvpages; //内存保留页面数
|
|
|
u64_t mo_horizline; //内存分配水位线
|
|
|
phymmarge_t* mo_pmagestat; //内存空间布局结构指针
|
|
|
u64_t mo_pmagenr;
|
|
|
msadsc_t* mo_msadscstat; //内存页面结构指针
|
|
|
u64_t mo_msanr;
|
|
|
memarea_t* mo_mareastat; //内存区结构指针
|
|
|
u64_t mo_mareanr;
|
|
|
}memmgrob_t;
|
|
|
|
|
|
//cosmos/hal/x86/memmgrinit.c
|
|
|
|
|
|
void memmgrob_t_init(memmgrob_t *initp)
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{
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list_init(&initp->mo_list);
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knl_spinlock_init(&initp->mo_lock);
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initp->mo_stus = 0;
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initp->mo_flgs = 0;
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initp->mo_memsz = 0;
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initp->mo_maxpages = 0;
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initp->mo_freepages = 0;
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initp->mo_alocpages = 0;
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initp->mo_resvpages = 0;
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initp->mo_horizline = 0;
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initp->mo_pmagestat = NULL;
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initp->mo_pmagenr = 0;
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initp->mo_msadscstat = NULL;
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initp->mo_msanr = 0;
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initp->mo_mareastat = NULL;
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initp->mo_mareanr = 0;
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return;
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}
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void init_memmgrob()
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machbstart_t *mbsp = &kmachbsp;
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memmgrob_t *mobp = &memmgrob;
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memmgrob_t_init(mobp);
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mobp->mo_pmagestat = (phymmarge_t *)phyadr_to_viradr((adr_t)mbsp->mb_e820expadr);
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mobp->mo_pmagenr = mbsp->mb_e820exnr;
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mobp->mo_msadscstat = (msadsc_t *)phyadr_to_viradr((adr_t)mbsp->mb_memmappadr);
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mobp->mo_msanr = mbsp->mb_memmapnr;
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mobp->mo_mareastat = (memarea_t *)phyadr_to_viradr((adr_t)mbsp->mb_memznpadr);
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mobp->mo_mareanr = mbsp->mb_memznnr;
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mobp->mo_memsz = mbsp->mb_memmapnr << PSHRSIZE;
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mobp->mo_maxpages = mbsp->mb_memmapnr;
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uint_t aidx = 0;
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for (uint_t i = 0; i < mobp->mo_msanr; i++)
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{
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if (1 == mobp->mo_msadscstat[i].md_indxflgs.mf_uindx &&
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MF_MOCTY_KRNL == mobp->mo_msadscstat[i].md_indxflgs.mf_mocty &&
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PAF_ALLOC == mobp->mo_msadscstat[i].md_phyadrs.paf_alloc)
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{
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aidx++;
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}
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}
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mobp->mo_alocpages = aidx;
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mobp->mo_freepages = mobp->mo_maxpages - mobp->mo_alocpages;
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return;
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}
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```
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这些代码非常容易理解，我们就不再讨论了，无非是将内存管理核心数据结构的地址和数量放在其中，并计算了一些统计信息，这没有任何难度，相信你会轻松理解。
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## 重点回顾
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今天课程的重点工作是初始化我们设计的内存管理数据结构，在内存中建立它们的实例变量，我来为你梳理一下重点。
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首先，我们从初始化msadsc\_t结构开始，在内存中建立msadsc\_t结构的实例变量，每个物理内存页面一个msadsc\_t结构的实例变量。
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然后是初始化memarea\_t结构，在msadsc\_t结构的实例变量之后，每个内存区一个memarea\_t结构实例变量。
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接着标记哪些msadsc\_t结构对应的物理内存被内核占用了，这些被标记msadsc\_t结构是不能纳入内存管理结构中去的。
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最后，把所有的空闲msadsc\_t结构按最大地址连续的形式组织起来，挂载到memarea\_t结构下的memdivmer\_t结构中，对应的dm\_mdmlielst数组中。
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不知道你是否想过，随着物理内存不断增加，msadsc\_t结构实例变量本身占用的内存空间就会增加，那你有办法降低msadsc\_t结构实例变量占用的内存空间吗？期待你的实现。
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## 思考题
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请问在4GB的物理内存的情况下，msadsc\_t结构实例变量本身占用多大的内存空间？
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欢迎你在留言区跟我交流互动，也希望你能把这节课分享给你的同事、朋友。
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好，我是LMOS，我们下节课见！
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