OS 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：

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。您可能正在考虑 malloc 库函数，但这只是一个函数（尽管已标准化以供 user 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给出的。

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

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块（通常是 4Kb，有时也是这个大小的倍数）。

当内存池被填满时，这些块是从更高级别的分配器请求的。该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。但是很明显之前得设置成一些可用的space。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:

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）。 another kernel 中的这个示例显示了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）。

Answer 2

操作系统需要为自身（内核）和用户管理内存。

你好像问的是用户内存管理。这是通过管理分配给进程的页面来完成的。堆栈由分配页面进程管理。

堆内存管理（如 malloc）分两部分完成。内核为操作系统提供系统服务，将页面映射到进程。其次，库管理在这些页面中创建的一个或多个内存池。

Memory management in OS development