FreeNOS源代码-Kernel模块-Memory类的阅读

FreeNos Memory类的继承关系表(x86Memory继承自Memory)

1.成员变量

Memory类的成员变量memoryAvail和memoryMapEnd的访问权限是protected的,成员变量memoryAvail和memoryMapEnd是全局变量;
分别表示的是:
memorySize 所有的可用的物理内存;
memoryAvail 可用的物理内存;
memoryMap 映射所有可用的物理内存;

2.构造方法和析构方法

Memory::Memory()
{
    /* 标记Kernel使用的内存地址 */
    allocatePhysical(0x00400000, 0);
    
    /* 标记boot模块使用的内存地址 */
    for (Size i = 0; i < multibootInfo.modsCount; i++)
    {
        MultibootModule *mod  = &((MultibootModule *) multibootInfo.modsAddress)[i];
        Size modSize = mod->modEnd - mod->modStart;

        /* 标记使用的物理内存地址*/
        allocatePhysical(modSize, mod->modStart);
    }
}

Memory还提供了一个初始化memoryMap和kernel heap的方法:initialize()

void Memory::initialize()
{
    Address page = 0x00300000;
    Size meta = sizeof(BubbleAllocator) + sizeof(PoolAllocator);
    Allocator *bubble, *pool;

    /* 保存内存大小到MemoryAvail变量中*/
    memorySize  = (multibootInfo.memLower + multibootInfo.memUpper) * 1024;
    memoryAvail = memorySize;
    
    /* 分配memoryMap */
    memoryMap    = (u8 *)(&kernelEnd);
    memoryMapEnd = memoryMap + (memorySize / PAGESIZE / 8);

    /* 清空memoryMap*/
    for (u8 *p = memoryMap; p < memoryMapEnd; p++)
    {
    *p = 0;
    }
    /* 设置动态内存堆*/
    bubble = new (page) BubbleAllocator();
    pool   = new (page + sizeof(BubbleAllocator)) PoolAllocator();
    pool->setParent(bubble);
    
    /* 设置堆的大小*/
    bubble->region(page + meta, (1024 * 1024) - meta);

    /* 设置默认分配器*/
    Allocator::setDefault(pool);
}

析构函数: ~Memory 是虚函数,可在其他地方实现;

3.其他对象方法

    Size getTotalMemory()
    {
            /*对memorySize的引用*/
        return memorySize;
    }
    
    Size getAvailableMemory()
    {
            /*对memoryAvail的引用*/
        return memoryAvail;
    }

从源代码可知Memory类主要是对物理内存的分配和内存映射的操作:

      /*分配物理和标记使用的内存到memoryMap中*/
    Address allocatePhysical(Size sz, Address addr = 4194304);
      /*取消参数在memoryMap中的标记*/
    void releasePhysical(Address paddr);
        Address allocateVirtual(Address vaddr, ulong prot);
        Address allocateVirtual(ArchProcess *p, Address vaddr, ulong prot);
      /*将物理内存映射到进程的虚拟地址空间中*/
    virtual Address mapVirtual(Address paddr, Address vaddr, ulong prot) = 0;
      /*将物理内存映射到进程的虚拟地址空间中*/
    virtual Address mapVirtual(ArchProcess *p, Address paddr, Address vaddr, ulong prot) = 0;
      /*把参数进程中的所有的物理页标记为释放*/
    virtual void releaseAll(ArchProcess *p) = 0;

在以上方法实现之前,先看一下对内存映射的操作:

bool Memory::isMarked(Address addr)
{
    Size index = (addr >> PAGESHIFT) / 8;
    Size bit   = (addr >> PAGESHIFT) % 8;
    
    return memoryMap[index] & (1 << bit);
}

void Memory::setMark(Address addr, bool marked)
{
    Size index = (addr >> PAGESHIFT) / 8;
    Size bit   = (addr >> PAGESHIFT) % 8;

    if (marked)
    memoryMap[index] |=  (1 << bit);
    else
    memoryMap[index] &= ~(1 << bit);
}

接下来的是上面方法的详细实现:

Address Memory::allocatePhysical(Size sz, Address paddr)
{
    Address start = paddr & PAGEMASK, end = memorySize;
    Address from  = 0, count = 0;

    /* Loop the memoryMap for a free block. */
    for (Address i = start; i < end; i += PAGESIZE)
    {
    if (!isMarked(i))
    {
        /* Remember this page. */
        if (!count)
        {
        from  = i;
        count = 1;
        }
        else
        count++;

        /* Are there enough contigious pages? */
        if (count * PAGESIZE >= sz)
        {
        for (Address j = from; j < from + (count * PAGESIZE); j += PAGESIZE)
        {
            setMark(j, true);
        }
        memoryAvail -= count * PAGESIZE;
        return from;
        }
    }
    else
    {
        from = count = 0;
    }
    }
    /* Out of memory! */
    return (Address) ZERO;
}

void Memory::releasePhysical(Address addr)
{
    setMark(addr & PAGEMASK, false);
    memoryAvail += PAGESIZE;
}

Address Memory::allocateVirtual(Address vaddr, ulong prot)
{
    Address newPage = allocatePhysical(PAGESIZE);
    return mapVirtual(newPage, vaddr, prot);
}

Address Memory::allocateVirtual(ArchProcess *p, Address vaddr, ulong prot)
{
    Address newPage = allocatePhysical(PAGESIZE);
    return mapVirtual(p, newPage, vaddr, prot);
}

virtual Address mapVirtual(Address paddr, Address vaddr, ulong prot) = 0
virtual Address mapVirtual(ArchProcess *p, Address paddr, Address vaddr, ulong prot) = 0
这两个方法可以在/x86/x86Memory类中找到实现。

Address X86Memory::mapVirtual(Address paddr, Address vaddr, ulong prot)
{
    /* Virtual address specified? */
    if (vaddr == ZERO)
    {
    vaddr = findFree(PAGETABFROM, PAGEDIRADDR);
    }
    /* Point to the correct page table. */
    myPageTab = PAGETABADDR(vaddr);
    
    /* Do we have the page table in memory? */
    if (!(myPageDir[DIRENTRY(vaddr)] & PAGE_PRESENT))
    {
    /* Then first allocate new page table. */
        Address newPageTab  = memory->allocatePhysical(PAGESIZE);
    newPageTab |= PAGE_PRESENT | PAGE_RW | prot;

    /* Map the new page table into memory. */
    myPageDir[DIRENTRY(vaddr)] = newPageTab;
    tlb_flush(myPageTab);

    /* Zero the new page table. */
    memset(myPageTab, 0, PAGESIZE);
    }
    /* Map physical to virtual address. */
    myPageTab[TABENTRY(vaddr)] = (paddr & PAGEMASK) | prot;
    tlb_flush(vaddr);

    /* Success. */
    return vaddr;
}

Address X86Memory::mapVirtual(X86Process *p, Address paddr,
                  Address vaddr, ulong prot)
{
    /* Map remote pages. */
    mapRemote(p, vaddr);

    /* Virtual address specified? */
    if (vaddr == ZERO)
    {
    vaddr = findFree(PAGETABFROM_REMOTE, remPageDir);
    }
    /* Repoint to the correct (remote) page table. */
    remPageTab = PAGETABADDR_FROM(vaddr, PAGETABFROM_REMOTE);
    
    /* Does the remote process have the page table in memory? */
    if (!(remPageDir[DIRENTRY(vaddr)] & PAGE_PRESENT))
    {
    /* Nope, allocate a page table first. */
    Address newPageTab  = memory->allocatePhysical(PAGESIZE);
    newPageTab |= PAGE_PRESENT | PAGE_RW | prot;
    
    /* Map the new page table into remote memory. */
    remPageDir[DIRENTRY(vaddr)] = newPageTab;
    
    /* Update caches. */
    tlb_flush(remPageTab);
    
    /* Zero the new page. */
    memset(remPageTab, 0, PAGESIZE);
    }
    /* Map physical address to remote virtual address. */
    remPageTab[TABENTRY(vaddr)] = (paddr & PAGEMASK) | prot;
    tlb_flush(vaddr);

    /* Success. */
    return (Address) vaddr;
}
Address X86Memory::lookupVirtual(X86Process *p, Address vaddr)
{
    Address ret = ZERO;

    /* Map remote page tables. */
    mapRemote(p, vaddr);
    
    /* Lookup the address, if mapped. */
    if (remPageDir[DIRENTRY(vaddr)] & PAGE_PRESENT &&
        remPageTab[TABENTRY(vaddr)] & PAGE_PRESENT)
    {
    ret = remPageTab[TABENTRY(vaddr)];
    }
    return ret;
}
void X86Memory::releaseAll(X86Process *p)
{
    /* Map page tables. */
    mapRemote(p, 0x0);

    /* Mark all our physical pages free. */
    for (Size i = 0; i < 1024; i++)
    {
    /* May we release these physical pages? */
        if ((remPageDir[i] & PAGE_PRESENT) && !(remPageDir[i] & PAGE_PINNED))
        {
        /* Repoint page table. */
            remPageTab = PAGETABADDR_FROM(i * PAGESIZE * 1024,
                      PAGETABFROM_REMOTE);

        /* Scan page table. */
            for (Size j = 0; j < 1024; j++)
            {
                if (remPageTab[j] & PAGE_PRESENT && !(remPageTab[j] & PAGE_PINNED))
                {
                    memory->releasePhysical(remPageTab[j]);
                }
            }
        }
    }
}
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