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
2.4 KiB
内存分配指南
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。
1. 安全的分配内存
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
内存分配函数,或者是创建一个Box
对象等等,都是安全的。
2. 手动管理页帧
:::{warning} 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。 :::
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。
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。
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。
:::{warning} 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。 :::
3. 为用户程序分配内存
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。