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synced 2025-06-10 16:26:48 +00:00
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  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>
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# 内存分配指南
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  本文将讲述如何在内核中进行内存分配。在开始之前，请您先了解一个基本点：DragonOS的内核使用4KB的页来管理内存，并且具有伙伴分配器和slab分配器。并且对用户空间、内核空间均具有特定的管理机制。
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## 1. 安全的分配内存
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  在默认情况下，KernelAllocator被绑定为全局内存分配器，它会根据请求分配的内存大小，自动选择使用slab还是伙伴分配器。因此，在内核中，使用Rust原生的
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内存分配函数，或者是创建一个`Box`对象等等，都是安全的。
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## 2. 手动管理页帧
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:::{warning}
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**请格外小心！** 手动管理页帧脱离了Rust的内存安全机制，因此可能会造成内存泄漏或者是内存错误。
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  在某些情况下，我们需要手动分配页帧。例如，我们需要在内核中创建一个新的页表，或者是在内核中创建一个新的地址空间。这时候，我们需要手动分配页帧。使用`LockedFrameAllocator`的`allocate()`函数，能够分配在物理地址上连续的页帧。请注意，由于底层使用的是buddy分配器，因此页帧数目必须是2的n次幂，且最大大小不超过1GB。
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  当需要释放页帧的时候，使用`LockedFrameAllocator`的`deallocate()`函数，或者是`deallocate_page_frames()`函数，能够释放在物理地址上连续的页帧。
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  当您需要映射页帧的时候，可使用`KernelMapper::lock()`函数，获得一个内核映射器对象，然后进行映射。由于KernelMapper是对PageMapper的封装，因此您在获取KernelMapper之后，可以使用PageMapper相关接口对内核空间的映射进行管理。
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:::{warning}
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**千万不要** 使用KernelMapper去映射用户地址空间的内存，这会使得这部分内存脱离用户地址空间的管理，从而导致内存错误。
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## 3. 为用户程序分配内存
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  在内核中，您可以使用用户地址空间结构体(`AddressSpace`)的`mmap()`,`map_anonymous()`等函数，为用户程序分配内存。这些函数会自动将用户程序的内存映射到用户地址空间中，并且会自动创建VMA结构体。您可以使用`AddressSpace`的`munmap()`函数，将用户程序的内存从用户地址空间中解除映射，并且销毁VMA结构体。调整权限等操作可以使用`AddressSpace`的`mprotect()`函数。
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