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synced 2025-06-18 12:16:31 +00:00
新的内存管理模块 (#303)
  实现了具有优秀架构设计的新的内存管理模块，对内核空间和用户空间的内存映射、分配、释放、管理等操作进行了封装，使得内核开发者可以更加方便地进行内存管理。
  内存管理模块主要由以下类型的组件组成：
- **硬件抽象层（MemoryManagementArch）** - 提供对具体处理器架构的抽象，使得内存管理模块可以在不同的处理器架构上运行
- **页面映射器（PageMapper）**- 提供对虚拟地址和物理地址的映射，以及页表的创建、填写、销毁、权限管理等操作。分为两种类型：内核页表映射器（KernelMapper）和用户页表映射器（位于具体的用户地址空间结构中）
- **页面刷新器（PageFlusher）** - 提供对页表的刷新操作（整表刷新、单页刷新、跨核心刷新）
- **页帧分配器（FrameAllocator）** - 提供对页帧的分配、释放、管理等操作。具体来说，包括BumpAllocator、BuddyAllocator
- **小对象分配器** - 提供对小内存对象的分配、释放、管理等操作。指的是内核里面的SlabAllocator （SlabAllocator的实现目前还没有完成）
- **MMIO空间管理器** - 提供对MMIO地址空间的分配、管理操作。（目前这个模块待进一步重构）
- **用户地址空间管理机制** - 提供对用户地址空间的管理。
- VMA机制 - 提供对用户地址空间的管理，包括VMA的创建、销毁、权限管理等操作
- 用户映射管理 - 与VMA机制共同作用，管理用户地址空间的映射
- **系统调用层** - 提供对用户空间的内存管理系统调用，包括mmap、munmap、mprotect、mremap等
- **C接口兼容层** - 提供对原有的C代码的接口，是的C代码能够正常运行。
除上面的新增内容以外，其它的更改内容：
- 新增二进制加载器，以及elf的解析器
- 解决由于local_irq_save、local_irq_restore函数的汇编不规范导致影响栈行为的bug。
- 解决local_irq_save未关中断的错误。
- 修复sys_gettimeofday对timezone参数的处理的bug
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Co-authored-by: kong <kongweichao@dragonos.org>
This commit is contained in:
LoGin
GitHub
@ -1,15 +0,0 @@
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# 内存分配指南
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DragonOS提供了一些用于内存分配的api。您可以使用*kmalloc*来分配小的内存块，也可以使用*alloc_pages*分配连续的2MB大小的内存页面。
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## 选择合适的内存分配器
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在内核中，最直接、最简单的分配内存的方式就是，使用`kmalloc()`函数进行分配。并且，出于安全起见，除非内存在分配后一定会被覆盖，且您能确保内存中的脏数据一定不会对程序造成影响，在其余情况下，我们建议使用`kzalloc()`进行内存分配，它将会在`kmalloc()`的基础上，把申请到的内存进行清零。
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您可以通过`kmalloc()`函数分配得到32bytes到1MBytes之间的内存对象。并且，这些内存对象具有以下的性质：
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- 内存起始地址及大小按照2次幂对齐。（比如，申请的是80bytes的内存空间，那么获得的内存对象大小为128bytes且内存地址按照128bytes对齐）
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对于需要大量连续内存的分配，可以使用`alloc_pages()`向页面分配器申请连续的内存页。
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当内存空间不再被使用时，那么必须释放他们。若您使用的是`kmalloc()`分配的内存，那么您需要使用`kfree()`释放它。若是使用`alloc_pages()`分配的内存，则需要使用`free_pages()`来释放它们。
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@ -13,16 +13,3 @@
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data_structures
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casting
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softirq
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内存管理
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这里快速讲解了如何在DragonOS中分配、使用内存。以便您能快速的了解这个模块。
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详细的内存管理模块的文档请参见：:ref:`memory_management_module`
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.. toctree::
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:maxdepth: 1
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allocate-memory
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mm-api
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@ -1,267 +0,0 @@
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(_core_mm_api)=
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# 内存管理API
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## SLAB内存池
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SLAB内存池提供小内存对象的分配功能。
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### `void *kmalloc(unsigned long size, gfp_t gfp)`
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  获取小块的内存。
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#### 描述
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  kmalloc用于获取那些小于2M内存页大小的内存对象。可分配的内存对象大小为32bytes~1MBytes. 且分配的内存块大小、起始地址按照2的n次幂进行对齐。（比如，申请的是80bytes的内存空间，那么获得的内存对象大小为128bytes且内存地址按照128bytes对齐）
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##### 参数
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**size**
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  内存对象的大小
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**gfp**
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  标志位
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### `void *kzalloc(unsigned long size, gfp_t gfp)`
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#### 描述
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  获取小块的内存，并将其清零。其余功能与kmalloc相同。
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##### 参数
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**size**
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  内存对象的大小
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**gfp**
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  标志位
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### `unsigned long kfree(void *address)`
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  释放从slab分配的内存。
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#### 描述
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  该函数用于释放通过kmalloc申请的内存。如果`address`为NULL，则函数被调用后，无事发生。
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  请不要通过这个函数释放那些不是从`kmalloc()`或`kzalloc()`申请的内存，否则将会导致系统崩溃。
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##### 参数
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**address**
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  指向内存对象的起始地址的指针
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## 物理页管理
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DragonOS支持对物理页的直接操作
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### `struct Page *alloc_pages(unsigned int zone_select, int num, ul flags)`
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#### 描述
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  从物理页管理单元中申请一段连续的物理页
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#### 参数
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**zone_select**
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  要申请的物理页所位于的内存区域
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可选值：
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- `ZONE_DMA` DMA映射专用区域
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- `ZONE_NORMAL` 正常的物理内存区域，已在页表高地址处映射
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- `ZONE_UNMAPPED_IN_PGT` 尚未在页表中映射的区域
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**num**
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  要申请的连续物理页的数目，该值应当小于64
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**flags**
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  分配的页面要被设置成的属性
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可选值：
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- `PAGE_PGT_MAPPED` 页面在页表中已被映射
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- `PAGE_KERNEL_INIT` 内核初始化所占用的页
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- `PAGE_DEVICE` 设备MMIO映射的内存
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- `PAGE_KERNEL` 内核层页
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- `PAGE_SHARED` 共享页
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#### 返回值
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##### 成功
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  成功申请则返回指向起始页面的Page结构体的指针
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##### 失败
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  当ZONE错误或内存不足时，返回`NULL`
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### `void free_pages(struct Page *page, int number)`
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#### 描述
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  从物理页管理单元中释放一段连续的物理页。
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#### 参数
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**page**
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  要释放的第一个物理页的Page结构体
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**number**
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  要释放的连续内存页的数量。该值应小于64
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## 页表管理
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### `int mm_map_phys_addr(ul virt_addr_start, ul phys_addr_start, ul length, ul flags, bool use4k)`
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#### 描述
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  将一段物理地址映射到当前页表的指定虚拟地址处
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#### 参数
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**virt_addr_start**
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  虚拟地址的起始地址
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**phys_addr_start**
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  物理地址的起始地址
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**length**
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  要映射的地址空间的长度
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**flags**
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  页表项的属性
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**use4k**
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  使用4级页表，将地址区域映射为若干4K页
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### `int mm_map_proc_page_table(ul proc_page_table_addr, bool is_phys, ul virt_addr_start, ul phys_addr_start, ul length, ul flags, bool user, bool flush, bool use4k)`
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#### 描述
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  将一段物理地址映射到指定页表的指定虚拟地址处
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#### 参数
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**proc_page_table_addr**
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  指定的顶层页表的起始地址
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**is_phys**
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  该顶层页表地址是否为物理地址
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**virt_addr_start**
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  虚拟地址的起始地址
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**phys_addr_start**
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  物理地址的起始地址
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**length**
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  要映射的地址空间的长度
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**flags**
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  页表项的属性
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**user**
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  页面是否为用户态可访问
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**flush**
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  完成映射后，是否刷新TLB
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**use4k**
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  使用4级页表，将地址区域映射为若干4K页
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#### 返回值
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- 映射成功：0
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- 映射失败：-EFAULT
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### `void mm_unmap_proc_table(ul proc_page_table_addr, bool is_phys, ul virt_addr_start, ul length)`
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#### 描述
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  取消给定页表中的指定地址空间的页表项映射。
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#### 参数
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**proc_page_table_addr**
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  指定的顶层页表的基地址
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**is_phys**
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  该顶层页表地址是否为物理地址
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**virt_addr_start**
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  虚拟地址的起始地址
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**length**
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  要取消映射的地址空间的长度
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### `mm_unmap_addr(virt_addr, length)`
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#### 描述
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  该宏定义用于取消当前进程的页表中的指定地址空间的页表项映射。
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#### 参数
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**virt_addr**
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  虚拟地址的起始地址
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**length**
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  要取消映射的地址空间的长度
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## 内存信息获取
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### `struct mm_stat_t mm_stat()`
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#### 描述
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  获取计算机目前的内存空间使用情况
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#### 参数
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无
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#### 返回值
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  返回值是一个`mm_mstat_t`结构体，该结构体定义于`mm/mm.h`中。其中包含了以下信息（单位均为字节）：
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| 参数名 | 解释 |
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| ---------- | ----------------------- |
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| total | 计算机的总内存数量大小 |
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| used | 已使用的内存大小 |
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| free | 空闲物理页所占的内存大小 |
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| shared | 共享的内存大小 |
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| cache_used | 位于slab缓冲区中的已使用的内存大小 |
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| cache_free | 位于slab缓冲区中的空闲的内存大小 |
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| available | 系统总空闲内存大小（包括kmalloc缓冲区） |
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