c - 操作系统开发中的内存管理

Question

我不确定这个问题是否切合主题(如果不是，我深表歉意)，但我想知道在创建操作系统时如何完成内存管理。我的理解是:

• 操作系统提供内存管理。
• 任何编程语言(高于汇编语言，例如 C)都需要已经托管的内存(用于栈帧和堆分配)。

这听起来很矛盾。如果编写内存管理器的工具首先需要内存管理器，那么如何编写内存管理器？必须在汇编中完成吗？

Answer 1

C 不需要托管内存。您可能会想到 malloc 库函数，但这只是一个函数(尽管已标准化以供用户 程序使用)。

一个易于实现的内存分配方案如下:

char * free_space;
void * kmalloc(size_t s) {
  char * block = free_space;
  free_space += s;
  return block;
}
// free not possible

指针free_space 必须在初始化期间设置为已知空闲内存区域的开始。这可能是由引导加载程序通过多重引导信息提供的。

可以在 this code for a kernel 中找到更复杂的示例我很久以前写的。

一般内存管理分为多个阶段:

在初始化过程中，像上面这样的简单方案有助于设置更复杂的分配器，就像我写的那样。

这个分配器只提供固定大小的 block (通常是 4Kb，有时也是这个大小的倍数)。

这些 block 是在内存池被填满时从更高级别的分配器请求的。此分配器是您通常通过 malloc 调用的分配器。一个突出的例子是 Doug Lea 的 dlmalloc。

关于堆栈:编译后的代码对堆栈指针进行递增和递减。但是很明显之前必须要设置一些可用空间。对于内核，在初始化期间，您通常将其设置在您知道可用内存的某个位置，例如二进制文件的一部分。这是在汇编中完成的:

lea esp, kstack
; ...
call startup_kernel
; ...
[SECTION .bss]
resb 32768
kstack:

Startup code in assembly from the aforementioned kernel

对于稍后的进程，您使用内核分配器分配一个或更多帧，并将堆栈设置为指向它的末尾(在递减堆栈的情况下)。这个例子来自another kernel显示为新进程设置堆栈所做的工作(这在很大程度上取决于实际的内核/任务切换代码)。 (在这种情况下，没有动态分配的内存，因为它是在嵌入式场景中使用的)。