实模式 DOS .COM(独立式)的自定义内存分配器——如何调试？

Question

先了解一下背景:偶然发现 this blog post ，我了解到可以使用 GNU 链接器创建 DOS .COM 文件，这甚至不是火箭科学。使用 clang 和 -m16 开关(通过相应地为 32 位指令添加前缀来创建 实模式 兼容的 32 位代码)，效果很好。所以我有想法尝试实现足够的运行时间来获得 little curses game我最近写信编译成 .COM 并在 real-mode DOS 中运行。该游戏足够小，因此将所有内容(文本、数据、bss、堆、堆栈)压缩到 64KB 似乎是可行的。当然，它使用了malloc()。所以我不得不想出我自己的实现。这是它的样子:

typedef unsigned short size_t; /* from stddef.h */

typedef struct hhdr hhdr;
struct hhdr
{
    void *next;
    int free;
};

extern char _heap;
static char *hbreak = &_heap;
static hhdr hhead = { &_heap, 0 };

static void *newchunk(size_t size)
{
    char *stack;
    __asm__("mov %%esp, %0": "=rm" (stack));
    if (hbreak + size > stack - 0x40) return 0;
    if (size < 1024) size = 1024;
    hhdr *chunk = (hhdr *)hbreak;
    hbreak += size;
    if (hbreak > stack - 0x40) hbreak = stack - 0x40;
    chunk->next = hbreak;
    chunk->free = 1;
    return chunk;
}

void *malloc(size_t size)
{
    if (!size) return 0;
    if (size % sizeof(hhdr)) size += sizeof(hhdr) - (size % sizeof(hhdr));

    hhdr *hdr = &hhead;
    while ((char *)hdr->next < hbreak)
    {
        hdr = hdr->next;
        if (hdr->free && 
                (char *)hdr->next - (char *)hdr - sizeof(hhdr) >= size)
        {
            if ((char *)hdr->next - (char *)hdr - 2*sizeof(hhdr) > size)
            {
                hhdr *hdr2 = (hhdr *)((char *)hdr + sizeof(hhdr) + size);
                hdr2->free = 1;
                hdr2->next = hdr->next;
                hdr->next = hdr2;
            }
            hdr->free = 0;
            return (char *)hdr + sizeof(hhdr);
        }
    }

    if (!(hdr->next = newchunk(size + sizeof(hhdr)))) return 0;
    return malloc(size);
}

void free(void *ptr)
{
    if (!ptr) return;
    hhdr *hdr = (hhdr *)((char *)ptr - sizeof(hhdr));
    hdr->free = 1;
    if ((void *)hdr != hhead.next)
    {
        hhdr *hdr2 = hhead.next;
        while (hdr2->next != hdr) hdr2 = hdr2->next;
        if (hdr2->free) hdr = hdr2;
    }
    hhdr *next = hdr->next;
    while ((char *)next < hbreak)
    {
        if (!next->free) break;
        hdr->next = next;
        next = next->next;
    }
    if ((char *)next == hbreak) hbreak = (char *)hdr;
}

_heap 符号由链接器定义。此处未显示 realloc()，因为它现在还未使用(因此完全未经测试)。

现在的问题是:我创建了我的 runtime在这里(malloc 在 src/libdos/stdlib.c 中)，写了很多测试的东西，最后，一切似乎都运行良好。另一方面，我的游戏使用 valgrind 进行了全面测试和检查是否存在无效内存访问。尽管如此，将两个部分放在一起，它还是崩溃。 (尝试使用 make -f libdos.mk 从 git 构建游戏，您需要安装 llvm/clang)。

由于我首先经历了一个奇怪的 heisenbug(我现在解决了它)，我猜这可能是优化器在为 实模式 编译时出错，这确实不常见。但我不能确定，下一个敏感的候选人可能是我的内存管理，见上文。

现在棘手的问题是:我将如何调试这样的东西？仅使用我自己的测试代码，它工作得很好。我无法在没有优化的情况下编译我的游戏，因为这样做会超过 64KB。有什么建议么？或者任何人都可以发现上面的代码有明显的错误吗？

Answer 1

如果这是实模式 DOS，我不确定 esp 的高位。至于malloc()，使用ss:sp和0xa000:0000之间的内存，栈顶和640k之间的内存界线。我不记得 MS-DOS 是否为 .COM 程序分配了所有 640k 区域。有两个 DOS 调用，INT 21H，ah = 04Ah 释放内存，ah = 048H 分配内存，但我不记得这些是针对 .COM 还是 .EXE 程序。