你好，我是LMOS。

上节课，我们确定了用分页方式管理内存，并且一起动手设计了表示内存页、内存区相关的内存管理数据结构。不过，虽然内存管理相关的数据结构已经定义好了，但是我们还没有在内存中建立对应的实例变量。

我们都知道，在代码中实际操作的数据结构必须在内存中有相应的变量，这节课我们就去建立对应的实例变量，并初始化它们。

初始化

前面的课里，我们在hal层初始化中，初始化了从二级引导器中获取的内存布局信息，也就是那个e820map_t数组，并把这个数组转换成了phymmarge_t结构数组，还对它做了排序。

但是，我们Cosmos物理内存管理器剩下的部分还没有完成初始化，下面我们就去实现它。

Cosmos的物理内存管理器，我们依然要放在Cosmos的hal层。

因为物理内存还和硬件平台相关，所以我们要在cosmos/hal/x86/目录下建立一个memmgrinit.c文件，在这个文件中写入一个Cosmos物理内存管理器初始化的大总管——init_memmgr函数，并在init_halmm函数中调用它，代码如下所示。

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//cosmos/hal/x86/halmm.c中
//hal层的内存初始化函数
void init_halmm()
{
    init_phymmarge();
    init_memmgr();
    return;
}
//Cosmos物理内存管理器初始化
void init_memmgr()
{
    //初始化内存页结构msadsc_t
    //初始化内存区结构memarea_t
    return;
}

根据前面我们对内存管理相关数据结构的设计，你应该不难想到，在init_memmgr函数中应该要完成内存页结构msadsc_t和内存区结构memarea_t的初始化，下面就分别搞定这两件事。

内存页结构初始化

内存页结构的初始化，其实就是初始化msadsc_t结构对应的变量。因为一个msadsc_t结构体变量代表一个物理内存页，而物理内存由多个页组成，所以最终会形成一个msadsc_t结构体数组。

这会让我们的工作变得简单，我们只需要找一个内存地址，作为msadsc_t结构体数组的开始地址，当然这个内存地址必须是可用的，而且之后内存空间足以存放msadsc_t结构体数组。

然后，我们要扫描phymmarge_t结构体数组中的信息，只要它的类型是可用内存，就建立一个msadsc_t结构体，并把其中的开始地址作为第一个页面地址。

接着，要给这个开始地址加上0x1000，如此循环，直到其结束地址。

当这个phymmarge_t结构体的地址区间，它对应的所有msadsc_t结构体都建立完成之后，就开始下一个phymmarge_t结构体。依次类推，最后，我们就能建好所有可用物理内存页面对应的msadsc_t结构体。

下面，我们去cosmos/hal/x86/目录下建立一个msadsc.c文件。在这里写下完成这些功能的代码，如下所示。

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void write_one_msadsc(msadsc_t *msap, u64_t phyadr)
{
    //对msadsc_t结构做基本的初始化，比如链表、锁、标志位
    msadsc_t_init(msap);
    //这是把一个64位的变量地址转换成phyadrflgs_t*类型方便取得其中的地址位段
    phyadrflgs_t *tmp = (phyadrflgs_t *)(&phyadr);
    //把页的物理地址写入到msadsc_t结构中
    msap->md_phyadrs.paf_padrs = tmp->paf_padrs;
    return;
}

u64_t init_msadsc_core(machbstart_t *mbsp, msadsc_t *msavstart, u64_t msanr)
{
    //获取phymmarge_t结构数组开始地址
    phymmarge_t *pmagep = (phymmarge_t *)phyadr_to_viradr((adr_t)mbsp->mb_e820expadr);
    u64_t mdindx = 0;
    //扫描phymmarge_t结构数组
    for (u64_t i = 0; i < mbsp->mb_e820exnr; i++)
    {
        //判断phymmarge_t结构的类型是不是可用内存
        if (PMR_T_OSAPUSERRAM == pmagep[i].pmr_type)
        {
            //遍历phymmarge_t结构的地址区间
            for (u64_t start = pmagep[i].pmr_saddr; start < pmagep[i].pmr_end; start += 4096)
            {
                //每次加上4KB-1比较是否小于等于phymmarge_t结构的结束地址
                if ((start + 4096 - 1) <= pmagep[i].pmr_end)
                {
                    //与当前地址为参数写入第mdindx个msadsc结构
                    write_one_msadsc(&msavstart[mdindx], start);
                    mdindx++;
                }
            }
        }
    }
    return mdindx;
}

void init_msadsc()
{
    u64_t coremdnr = 0, msadscnr = 0;
    msadsc_t *msadscvp = NULL;
    machbstart_t *mbsp = &kmachbsp;
    //计算msadsc_t结构数组的开始地址和数组元素个数
    if (ret_msadsc_vadrandsz(mbsp, &msadscvp, &msadscnr) == FALSE)
    {
        system_error("init_msadsc ret_msadsc_vadrandsz err\n");
    }
    //开始真正初始化msadsc_t结构数组
    coremdnr = init_msadsc_core(mbsp, msadscvp, msadscnr);
    if (coremdnr != msadscnr)
    {
        system_error("init_msadsc init_msadsc_core err\n");
    }
    //将msadsc_t结构数组的开始的物理地址写入kmachbsp结构中 
    mbsp->mb_memmappadr = viradr_to_phyadr((adr_t)msadscvp);
    //将msadsc_t结构数组的元素个数写入kmachbsp结构中 
    mbsp->mb_memmapnr = coremdnr;
    //将msadsc_t结构数组的大小写入kmachbsp结构中 
    mbsp->mb_memmapsz = coremdnr * sizeof(msadsc_t);
    //计算下一个空闲内存的开始地址 
    mbsp->mb_nextwtpadr = PAGE_ALIGN(mbsp->mb_memmappadr + mbsp->mb_memmapsz);
    return;
}

上面的代码量很少，逻辑也很简单，再配合注释，相信你看得懂。其中的ret_msadsc_vadrandsz函数也是遍历phymmarge_t结构数组，计算出有多大的可用内存空间，可以分成多少个页面，需要多少个msadsc_t结构。

内存区结构初始化

前面我们将整个物理地址空间在逻辑上分成了三个区，分别是**：硬件区、内核区、用户区**，这就要求我们要在内存中建立三个memarea_t结构体的实例变量。

就像建立msadsc_t结构数组一样，我们只需要在内存中找个空闲空间，存放这三个memarea_t结构体就行。相比建立msadsc_t结构数组这更为简单，因为memarea_t结构体是顶层结构，并不依赖其它数据结构，只是对其本身进行初始化就好了。

但是由于它自身包含了其它数据结构，在初始化它时，要对其中的其它数据结构进行初始化，所以要小心一些。

下面我们去cosmos/hal/x86/目录下建立一个memarea.c文件，写下完成这些功能的代码，如下所示。

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void bafhlst_t_init(bafhlst_t *initp, u32_t stus, uint_t oder, uint_t oderpnr)
{
    //初始化bafhlst_t结构体的基本数据
    knl_spinlock_init(&initp->af_lock);
    initp->af_stus = stus;
    initp->af_oder = oder;
    initp->af_oderpnr = oderpnr;
    initp->af_fobjnr = 0;
    initp->af_mobjnr = 0;
    initp->af_alcindx = 0;
    initp->af_freindx = 0;
    list_init(&initp->af_frelst);
    list_init(&initp->af_alclst);
    list_init(&initp->af_ovelst);
    return;
}

void memdivmer_t_init(memdivmer_t *initp)
{
    //初始化medivmer_t结构体的基本数据
    knl_spinlock_init(&initp->dm_lock);
    initp->dm_stus = 0;
    initp->dm_divnr = 0;
    initp->dm_mernr = 0;
    //循环初始化memdivmer_t结构体中dm_mdmlielst数组中的每个bafhlst_t结构的基本数据
    for (uint_t li = 0; li < MDIVMER_ARR_LMAX; li++)
    {
        bafhlst_t_init(&initp->dm_mdmlielst[li], BAFH_STUS_DIVM, li, (1UL << li));
    }
    bafhlst_t_init(&initp->dm_onemsalst, BAFH_STUS_ONEM, 0, 1UL);
    return;
}

void memarea_t_init(memarea_t *initp)
{
    //初始化memarea_t结构体的基本数据
    list_init(&initp->ma_list);
    knl_spinlock_init(&initp->ma_lock);
    initp->ma_stus = 0;
    initp->ma_flgs = 0;
    initp->ma_type = MA_TYPE_INIT;
    initp->ma_maxpages = 0;
    initp->ma_allocpages = 0;
    initp->ma_freepages = 0;
    initp->ma_resvpages = 0;
    initp->ma_horizline = 0;
    initp->ma_logicstart = 0;
    initp->ma_logicend = 0;
    initp->ma_logicsz = 0;
    //初始化memarea_t结构体中的memdivmer_t结构体
    memdivmer_t_init(&initp->ma_mdmdata);
    initp->ma_privp = NULL;
    return;
}

bool_t init_memarea_core(machbstart_t *mbsp)
{
    //获取memarea_t结构开始地址
    u64_t phymarea = mbsp->mb_nextwtpadr;
    //检查内存空间够不够放下MEMAREA_MAX个memarea_t结构实例变量
    if (initchkadr_is_ok(mbsp, phymarea, (sizeof(memarea_t) * MEMAREA_MAX)) != 0)
    {
        return FALSE;
    }
    memarea_t *virmarea = (memarea_t *)phyadr_to_viradr((adr_t)phymarea);
    for (uint_t mai = 0; mai < MEMAREA_MAX; mai++)
    {   //循环初始化每个memarea_t结构实例变量
        memarea_t_init(&virmarea[mai]);
    }
    //设置硬件区的类型和空间大小
    virmarea[0].ma_type = MA_TYPE_HWAD;
    virmarea[0].ma_logicstart = MA_HWAD_LSTART;
    virmarea[0].ma_logicend = MA_HWAD_LEND;
    virmarea[0].ma_logicsz = MA_HWAD_LSZ;
    //设置内核区的类型和空间大小
    virmarea[1].ma_type = MA_TYPE_KRNL;
    virmarea[1].ma_logicstart = MA_KRNL_LSTART;
    virmarea[1].ma_logicend = MA_KRNL_LEND;
    virmarea[1].ma_logicsz = MA_KRNL_LSZ;
    //设置应用区的类型和空间大小
    virmarea[2].ma_type = MA_TYPE_PROC;
    virmarea[2].ma_logicstart = MA_PROC_LSTART;
    virmarea[2].ma_logicend = MA_PROC_LEND;
    virmarea[2].ma_logicsz = MA_PROC_LSZ;
    //将memarea_t结构的开始的物理地址写入kmachbsp结构中 
    mbsp->mb_memznpadr = phymarea;
    //将memarea_t结构的个数写入kmachbsp结构中 
    mbsp->mb_memznnr = MEMAREA_MAX;
    //将所有memarea_t结构的大小写入kmachbsp结构中 
    mbsp->mb_memznsz = sizeof(memarea_t) * MEMAREA_MAX;
    //计算下一个空闲内存的开始地址 
    mbsp->mb_nextwtpadr = PAGE_ALIGN(phymarea + sizeof(memarea_t) * MEMAREA_MAX);
    return TRUE;
}
//初始化内存区
void init_memarea()
{
    //真正初始化内存区
    if (init_memarea_core(&kmachbsp) == FALSE)
    {
        system_error("init_memarea_core fail");
    }
    return;
}

由于这些数据结构很大，所以代码有点长，但是重要的代码我都做了详细注释。

在init_memarea_core函数的开始，我们调用了memarea_t_init函数，对MEMAREA_MAX个memarea_t结构进行了基本的初始化。

然后，在memarea_t_init函数中又调用了memdivmer_t_init函数，而在memdivmer_t_init函数中又调用了bafhlst_t_init函数，这保证了那些被包含的数据结构得到了初始化。

最后，我们给三个区分别设置了类型和地址空间。

处理初始内存占用问题

我们初始化了内存页和内存区对应的数据结构，已经可以组织好内存页面了。现在看似已经万事俱备了，其实这有个重大的问题，你知道是什么吗？我给你分析一下。

目前我们的内存中已经有很多数据了，有Cosmos内核本身的执行文件，有字体文件，有MMU页表，有打包的内核映像文件，还有刚刚建立的内存页和内存区的数据结构，这些数据都要占用实际的物理内存。

再回头看看我们建立内存页结构msadsc_t，所有的都是空闲状态，而它们每一个都表示一个实际的物理内存页。

假如在这种情况下，对调用内存分配接口进行内存分配，它按既定的分配算法查找空闲的msadsc_t结构，那它一定会找到内核占用的内存页所对应的msadsc_t结构，并把这个内存页分配出去，然后得到这个页面的程序对其进行改写。这样内核数据就会被覆盖，这种情况是我们绝对不能允许的。

所以，我们要把这些已经占用的内存页面所对应的msadsc_t结构标记出来，标记成已分配，这样内存分配算法就不会找到它们了。

要解决这个问题，我们只要给出被占用内存的起始地址和结束地址，然后从起始地址开始查找对应的msadsc_t结构，再把它标记为已经分配，最后直到查找到结束地址为止。

下面我们在msadsc.c文件中来实现这个方案，代码如下。

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//搜索一段内存地址空间所对应的msadsc_t结构
u64_t search_segment_occupymsadsc(msadsc_t *msastart, u64_t msanr, u64_t ocpystat, u64_t ocpyend)
{
    u64_t mphyadr = 0, fsmsnr = 0;
    msadsc_t *fstatmp = NULL;
    for (u64_t mnr = 0; mnr < msanr; mnr++)
    {
        if ((msastart[mnr].md_phyadrs.paf_padrs << PSHRSIZE) == ocpystat)
        {
            //找出开始地址对应的第一个msadsc_t结构，就跳转到step1
            fstatmp = &msastart[mnr];
            goto step1;
        }
    }
step1:
    fsmsnr = 0;
    if (NULL == fstatmp)
    {
        return 0;
    }
    for (u64_t tmpadr = ocpystat; tmpadr < ocpyend; tmpadr += PAGESIZE, fsmsnr++)
    {
        //从开始地址对应的第一个msadsc_t结构开始设置，直到结束地址对应的最后一个masdsc_t结构
        mphyadr = fstatmp[fsmsnr].md_phyadrs.paf_padrs << PSHRSIZE;
        if (mphyadr != tmpadr)
        {
            return 0;
        }
        if (MF_MOCTY_FREE != fstatmp[fsmsnr].md_indxflgs.mf_mocty ||
            0 != fstatmp[fsmsnr].md_indxflgs.mf_uindx ||
            PAF_NO_ALLOC != fstatmp[fsmsnr].md_phyadrs.paf_alloc)
        {
            return 0;
        }
        //设置msadsc_t结构为已经分配，已经分配给内核
        fstatmp[fsmsnr].md_indxflgs.mf_mocty = MF_MOCTY_KRNL;
        fstatmp[fsmsnr].md_indxflgs.mf_uindx++;
        fstatmp[fsmsnr].md_phyadrs.paf_alloc = PAF_ALLOC;
    }
    //进行一些数据的正确性检查
    u64_t ocpysz = ocpyend - ocpystat;
    if ((ocpysz & 0xfff) != 0)
    {
        if (((ocpysz >> PSHRSIZE) + 1) != fsmsnr)
        {
            return 0;
        }
        return fsmsnr;
    }
    if ((ocpysz >> PSHRSIZE) != fsmsnr)
    {
        return 0;
    }
    return fsmsnr;
}


bool_t search_krloccupymsadsc_core(machbstart_t *mbsp)
{
    u64_t retschmnr = 0;
    msadsc_t *msadstat = (msadsc_t *)phyadr_to_viradr((adr_t)mbsp->mb_memmappadr);
    u64_t msanr = mbsp->mb_memmapnr;
    //搜索BIOS中断表占用的内存页所对应msadsc_t结构
    retschmnr = search_segment_occupymsadsc(msadstat, msanr, 0, 0x1000);
    if (0 == retschmnr)
    {
        return FALSE;
    }
    //搜索内核栈占用的内存页所对应msadsc_t结构
    retschmnr = search_segment_occupymsadsc(msadstat, msanr, mbsp->mb_krlinitstack & (~(0xfffUL)), mbsp->mb_krlinitstack);
    if (0 == retschmnr)
    {
        return FALSE;
    }
    //搜索内核占用的内存页所对应msadsc_t结构
    retschmnr = search_segment_occupymsadsc(msadstat, msanr, mbsp->mb_krlimgpadr, mbsp->mb_nextwtpadr);
    if (0 == retschmnr)
    {
        return FALSE;
    }
    //搜索内核映像文件占用的内存页所对应msadsc_t结构
    retschmnr = search_segment_occupymsadsc(msadstat, msanr, mbsp->mb_imgpadr, mbsp->mb_imgpadr + mbsp->mb_imgsz);
    if (0 == retschmnr)
    {
        return FALSE;
    }
    return TRUE;
}
//初始化搜索内核占用的内存页面
void init_search_krloccupymm(machbstart_t *mbsp)
{
    //实际初始化搜索内核占用的内存页面
    if (search_krloccupymsadsc_core(mbsp) == FALSE)
    {
        system_error("search_krloccupymsadsc_core fail\n");
    }
    return;
}

这三个函数逻辑很简单，由init_search_krloccupymm函数入口，search_krloccupymsadsc_core函数驱动，由search_segment_occupymsadsc函数完成实际的工作。

由于初始化阶段各种数据占用的开始、结束地址和大小，这些信息都保存在machbstart_t类型的kmachbsp变量中，所以函数与machbstart_t类型的指针为参数。

其实phymmarge_t、msadsc_t、memarea_t这些结构的实例变量和MMU页表，它们所占用的内存空间已经涵盖在了内核自身占用的内存空间。

好了，这个问题我们已经完美解决，只要在初始化内存页结构和内存区结构之后调用init_search_krloccupymm函数即可。

合并内存页到内存区

我们做了这么多前期工作，依然没有让内存页和内存区联系起来，即让msadsc_t结构挂载到内存区对应的数组中。只有这样，我们才能提高内存管理器的分配速度。

让我们来着手干这件事情，这件事情有点复杂，但是我给你梳理以后就会清晰很多。整体上可以分成两步。

1.确定内存页属于哪个区，即标定一系列msadsc_t结构是属于哪个memarea_t结构的。
2.把特定的内存页合并，然后挂载到特定的内存区下的memdivmer_t结构中的dm_mdmlielst数组中。

我们先来做第一件事，这件事比较简单，我们只要遍历每个memarea_t结构，遍历过程中根据特定的memarea_t结构，然后去扫描整个msadsc_t结构数组，最后依次对比msadsc_t的物理地址，看它是否落在memarea_t结构的地址区间中。

如果是，就把这个memarea_t结构的类型值写入msadsc_t结构中，这样就一个一个打上了标签，遍历memarea_t结构结束之后，每个msadsc_t结构就只归属于某一个memarea_t结构了。

我们在memarea.c文件中写几个函数，来实现前面这个步骤，代码如下所示。

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//给msadsc_t结构打上标签
uint_t merlove_setallmarflgs_onmemarea(memarea_t *mareap, msadsc_t *mstat, uint_t msanr)
{
    u32_t muindx = 0;
    msadflgs_t *mdfp = NULL;
    //获取内存区类型
    switch (mareap->ma_type){
    case MA_TYPE_HWAD:
        muindx = MF_MARTY_HWD << 5;//硬件区标签
        mdfp = (msadflgs_t *)(&muindx);
        break;
    case MA_TYPE_KRNL:
        muindx = MF_MARTY_KRL << 5;//内核区标签
        mdfp = (msadflgs_t *)(&muindx);
        break;
    case MA_TYPE_PROC:
        muindx = MF_MARTY_PRC << 5;//应用区标签
        mdfp = (msadflgs_t *)(&muindx);
        break;
    }
    u64_t phyadr = 0;
    uint_t retnr = 0;
    //扫描所有的msadsc_t结构
    for (uint_t mix = 0; mix < msanr; mix++)
    {
        if (MF_MARTY_INIT == mstat[mix].md_indxflgs.mf_marty)
        {    //获取msadsc_t结构对应的地址
            phyadr = mstat[mix].md_phyadrs.paf_padrs << PSHRSIZE;
            //和内存区的地址区间比较 
            if (phyadr >= mareap->ma_logicstart && ((phyadr + PAGESIZE) - 1) <= mareap->ma_logicend)
            {
                //设置msadsc_t结构的标签
                mstat[mix].md_indxflgs.mf_marty = mdfp->mf_marty;
                retnr++;
            }
        }
    }
    return retnr;
}

bool_t merlove_mem_core(machbstart_t *mbsp)
{
    //获取msadsc_t结构的首地址
    msadsc_t *mstatp = (msadsc_t *)phyadr_to_viradr((adr_t)mbsp->mb_memmappadr);
    //获取msadsc_t结构的个数
    uint_t msanr = (uint_t)mbsp->mb_memmapnr, maxp = 0;
    //获取memarea_t结构的首地址
    memarea_t *marea = (memarea_t *)phyadr_to_viradr((adr_t)mbsp->mb_memznpadr);
    uint_t sretf = ~0UL, tretf = ~0UL;
    //遍历每个memarea_t结构
    for (uint_t mi = 0; mi < (uint_t)mbsp->mb_memznnr; mi++)
    {
        //针对其中一个memarea_t结构给msadsc_t结构打上标签
        sretf = merlove_setallmarflgs_onmemarea(&marea[mi], mstatp, msanr);
        if ((~0UL) == sretf)
        {
            return FALSE;
        }
    }
     //遍历每个memarea_t结构
    for (uint_t maidx = 0; maidx < (uint_t)mbsp->mb_memznnr; maidx++)
    {
        //针对其中一个memarea_t结构对msadsc_t结构进行合并
        if (merlove_mem_onmemarea(&marea[maidx], mstatp, msanr) == FALSE)
        {
            return FALSE;
        }
        maxp += marea[maidx].ma_maxpages;
    }
    return TRUE;
}
//初始化页面合并
void init_merlove_mem()
{
    if (merlove_mem_core(&kmachbsp) == FALSE)
    {
        system_error("merlove_mem_core fail\n");
    }
    return;
}

我们一下子写了三个函数，它们的作用且听我一一道来。从init_merlove_mem函数开始，但是它并不实际干活，作为入口函数，它调用的merlove_mem_core函数才是真正干活的。

这个merlove_mem_core函数有两个遍历内存区，第一次遍历是为了完成上述第一步：确定内存页属于哪个区。

当确定内存页属于哪个区之后，就来到了第二次遍历memarea_t结构，合并其中的msadsc_t结构，并把它们挂载到其中的memdivmer_t结构下的dm_mdmlielst数组中。

这个操作就稍微有点复杂了。第一，它要保证其中所有的msadsc_t结构挂载到dm_mdmlielst数组中合适的bafhlst_t结构中。

第二，它要保证多个msadsc_t结构有最大的连续性。

举个例子，比如一个内存区中有12个页面，其中10个页面是连续的地址为0～0x9000，还有两个页面其中一个地址为0xb000，另一个地址为0xe000。

这样的情况下，需要多个页面保持最大的连续性，还有在m_mdmlielst数组中找到合适的bafhlst_t结构。

那么：0～0x7000这8个页面就要挂载到m_mdmlielst数组中第3个bafhlst_t结构中；0x8000～0x9000这2个页面要挂载到m_mdmlielst数组中第1个bafhlst_t结构中，而0xb000和0xe000这2个页面都要挂载到m_mdmlielst数组中第0个bafhlst_t结构中。

从上述代码可以看出，遍历每个内存区，然后针对其中每一个内存区进行msadsc_t结构的合并操作，完成这个操作的是merlove_mem_onmemarea，我们这就去写好这个函数，代码如下所示。

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bool_t continumsadsc_add_bafhlst(memarea_t *mareap, bafhlst_t *bafhp, msadsc_t *fstat, msadsc_t *fend, uint_t fmnr)
{
    fstat->md_indxflgs.mf_olkty = MF_OLKTY_ODER;
    //开始的msadsc_t结构指向最后的msadsc_t结构 
    fstat->md_odlink = fend;
    fend->md_indxflgs.mf_olkty = MF_OLKTY_BAFH;
    //最后的msadsc_t结构指向它属于的bafhlst_t结构 
    fend->md_odlink = bafhp;
    //把多个地址连续的msadsc_t结构的的开始的那个msadsc_t结构挂载到bafhlst_t结构的af_frelst中
    list_add(&fstat->md_list, &bafhp->af_frelst);
    //更新bafhlst_t的统计数据
    bafhp->af_fobjnr++;
    bafhp->af_mobjnr++;
    //更新内存区的统计数据
    mareap->ma_maxpages += fmnr;
    mareap->ma_freepages += fmnr;
    mareap->ma_allmsadscnr += fmnr;
    return TRUE;
}

bool_t continumsadsc_mareabafh_core(memarea_t *mareap, msadsc_t **rfstat, msadsc_t **rfend, uint_t *rfmnr)
{
    uint_t retval = *rfmnr, tmpmnr = 0;
    msadsc_t *mstat = *rfstat, *mend = *rfend;
    //根据地址连续的msadsc_t结构的数量查找合适bafhlst_t结构
    bafhlst_t *bafhp = find_continumsa_inbafhlst(mareap, retval);
    //判断bafhlst_t结构状态和类型对不对
    if ((BAFH_STUS_DIVP == bafhp->af_stus || BAFH_STUS_DIVM == bafhp->af_stus) && MA_TYPE_PROC != mareap->ma_type)
    {
        //看地址连续的msadsc_t结构的数量是不是正好是bafhp->af_oderpnr
        tmpmnr = retval - bafhp->af_oderpnr;
        //根据地址连续的msadsc_t结构挂载到bafhlst_t结构中
        if (continumsadsc_add_bafhlst(mareap, bafhp, mstat, &mstat[bafhp->af_oderpnr - 1], bafhp->af_oderpnr) == FALSE)
        {
            return FALSE;
        }
        //如果地址连续的msadsc_t结构的数量正好是bafhp->af_oderpnr则完成，否则返回再次进入此函数 
        if (tmpmnr == 0)
        {
            *rfmnr = tmpmnr;
            *rfend = NULL;
            return TRUE;
        }
        //挂载bafhp->af_oderpnr地址连续的msadsc_t结构到bafhlst_t中
        *rfstat = &mstat[bafhp->af_oderpnr];
        //还剩多少个地址连续的msadsc_t结构
        *rfmnr = tmpmnr;
        return TRUE;
    }
    return FALSE;
}

bool_t merlove_continumsadsc_mareabafh(memarea_t *mareap, msadsc_t *mstat, msadsc_t *mend, uint_t mnr)
{
    uint_t mnridx = mnr;
    msadsc_t *fstat = mstat, *fend = mend;
    //如果mnridx > 0并且NULL != fend就循环调用continumsadsc_mareabafh_core函数，而mnridx和fend由这个函数控制
    for (; (mnridx > 0 && NULL != fend);)
    {
    //为一段地址连续的msadsc_t结构寻找合适m_mdmlielst数组中的bafhlst_t结构
        continumsadsc_mareabafh_core(mareap, &fstat, &fend, &mnridx)
    }
    return TRUE;
}


bool_t merlove_scan_continumsadsc(memarea_t *mareap, msadsc_t *fmstat, uint_t *fntmsanr, uint_t fmsanr,
                                         msadsc_t **retmsastatp, msadsc_t **retmsaendp, uint_t *retfmnr)
{
    u32_t muindx = 0;
    msadflgs_t *mdfp = NULL;

    msadsc_t *msastat = fmstat;
    uint_t retfindmnr = 0;
    bool_t rets = FALSE;
    uint_t tmidx = *fntmsanr;
    //从外层函数的fntmnr变量开始遍历所有msadsc_t结构
    for (; tmidx < fmsanr; tmidx++)
    {
    //一个msadsc_t结构是否属于这个内存区，是否空闲
        if (msastat[tmidx].md_indxflgs.mf_marty == mdfp->mf_marty &&
            0 == msastat[tmidx].md_indxflgs.mf_uindx &&
            MF_MOCTY_FREE == msastat[tmidx].md_indxflgs.mf_mocty &&
            PAF_NO_ALLOC == msastat[tmidx].md_phyadrs.paf_alloc)
        {
        //返回从这个msadsc_t结构开始到下一个非空闲、地址非连续的msadsc_t结构对应的msadsc_t结构索引号到retfindmnr变量中
            rets = scan_len_msadsc(&msastat[tmidx], mdfp, fmsanr, &retfindmnr);
            //下一轮开始的msadsc_t结构索引
            *fntmsanr = tmidx + retfindmnr + 1;
            //当前地址连续msadsc_t结构的开始地址
            *retmsastatp = &msastat[tmidx];
            //当前地址连续msadsc_t结构的结束地址
            *retmsaendp = &msastat[tmidx + retfindmnr];
            //当前有多少个地址连续msadsc_t结构
            *retfmnr = retfindmnr + 1;
            return TRUE;
        }
    }
    return FALSE;
}

bool_t merlove_mem_onmemarea(memarea_t *mareap, msadsc_t *mstat, uint_t msanr)
{
    msadsc_t *retstatmsap = NULL, *retendmsap = NULL, *fntmsap = mstat;
    uint_t retfindmnr = 0;
    uint_t fntmnr = 0;
    bool_t retscan = FALSE;
    
    for (; fntmnr < msanr;)
    {
        //获取最多且地址连续的msadsc_t结构体的开始、结束地址、一共多少个msadsc_t结构体，下一次循环的fntmnr
        retscan = merlove_scan_continumsadsc(mareap, fntmsap, &fntmnr, msanr, &retstatmsap, &retendmsap, &retfindmnr);
        if (NULL != retstatmsap && NULL != retendmsap)
        {
        //把一组连续的msadsc_t结构体挂载到合适的m_mdmlielst数组中的bafhlst_t结构中
        merlove_continumsadsc_mareabafh(mareap, retstatmsap, retendmsap, retfindmnr)
        }
    }
    return TRUE;
}

为了节约篇幅，我删除了大量检查错误的代码，你可以在我提供的源代码里自行查看。

上述代码中，整体上分为两步。

第一步，通过merlove_scan_continumsadsc函数，返回最多且地址连续的msadsc_t结构体的开始、结束地址、一共多少个msadsc_t结构体，下一轮开始的msadsc_t结构体的索引号。

第二步，根据第一步获取的信息调用merlove_continumsadsc_mareabafh函数，把第一步返回那一组连续的msadsc_t结构体，挂载到合适的m_mdmlielst数组中的bafhlst_t结构中。详细的逻辑已经在注释中说明。

好，内存页已经按照规定的方式组织起来了，这表示物理内存管理器的初始化工作已经进入尾声。

初始化汇总

别急！先别急着写内存分配相关的代码。到目前为止，我们一起写了这么多的内存初始化相关的代码，但是我们没有调用它们。

根据前面内存管理数据结构的关系，很显然，**它们的调用次序很重要，谁先谁后都有严格的规定，这关乎内存管理初始化的成败。**所以，现在我们就在先前的init_memmgr函数中去调用它们，代码如下所示。

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void init_memmgr()
{
    //初始化内存页结构
    init_msadsc();
    //初始化内存区结构
    init_memarea();
    //处理内存占用
    init_search_krloccupymm(&kmachbsp);
    //合并内存页到内存区中
    init_merlove_mem();
    init_memmgrob();
    return;
}

上述代码中，init_msadsc、init_memarea函数是可以交换次序的，它们俩互不影响，但它们俩必须最先开始调用，而后面的函数要依赖它们生成的数据结构。

但是init_search_krloccupymm函数必须要在init_merlove_mem函数之前被调用，因为init_merlove_mem函数在合并页面时，必须先知道哪些页面被占用了。

等一等，init_memmgrob是什么函数，这个我们还没写呢。下面我们就来现实它。

不知道你发现没有，我们的phymmarge_t结构体的地址和数量、msadsc_t结构体的地址和数据、memarea_t结构体的地址和数量都保存在了kmachbsp变量中，这个变量其实不是用来管理内存的，而且它里面放的是物理地址。

但内核使用的是虚拟地址，每次都要转换极不方便，所以我们要设计一个专用的数据结构，用于内存管理。我们来定义一下这个结构，代码如下。

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//cosmos/include/halinc/halglobal.c
HAL_DEFGLOB_VARIABLE(memmgrob_t,memmgrob);

typedef struct s_MEMMGROB
{
    list_h_t mo_list;
    spinlock_t mo_lock;        //保护自身自旋锁
    uint_t mo_stus;            //状态
    uint_t mo_flgs;            //标志
    u64_t mo_memsz;            //内存大小
    u64_t mo_maxpages;         //内存最大页面数
    u64_t mo_freepages;        //内存最大空闲页面数
    u64_t mo_alocpages;        //内存最大分配页面数
    u64_t mo_resvpages;        //内存保留页面数
    u64_t mo_horizline;        //内存分配水位线
    phymmarge_t* mo_pmagestat; //内存空间布局结构指针
    u64_t mo_pmagenr;
    msadsc_t* mo_msadscstat;   //内存页面结构指针
    u64_t mo_msanr;
    memarea_t* mo_mareastat;   //内存区结构指针 
    u64_t mo_mareanr;
}memmgrob_t;

//cosmos/hal/x86/memmgrinit.c

void memmgrob_t_init(memmgrob_t *initp)
{
    list_init(&initp->mo_list);
    knl_spinlock_init(&initp->mo_lock);
    initp->mo_stus = 0;
    initp->mo_flgs = 0;
    initp->mo_memsz = 0;
    initp->mo_maxpages = 0;
    initp->mo_freepages = 0;
    initp->mo_alocpages = 0;
    initp->mo_resvpages = 0;
    initp->mo_horizline = 0;
    initp->mo_pmagestat = NULL;
    initp->mo_pmagenr = 0;
    initp->mo_msadscstat = NULL;
    initp->mo_msanr = 0;
    initp->mo_mareastat = NULL;
    initp->mo_mareanr = 0;
    return;
}

void init_memmgrob()
{
    machbstart_t *mbsp = &kmachbsp;
    memmgrob_t *mobp = &memmgrob;
    memmgrob_t_init(mobp);
    mobp->mo_pmagestat = (phymmarge_t *)phyadr_to_viradr((adr_t)mbsp->mb_e820expadr);
    mobp->mo_pmagenr = mbsp->mb_e820exnr;
    mobp->mo_msadscstat = (msadsc_t *)phyadr_to_viradr((adr_t)mbsp->mb_memmappadr);
    mobp->mo_msanr = mbsp->mb_memmapnr;
    mobp->mo_mareastat = (memarea_t *)phyadr_to_viradr((adr_t)mbsp->mb_memznpadr);
    mobp->mo_mareanr = mbsp->mb_memznnr;
    mobp->mo_memsz = mbsp->mb_memmapnr << PSHRSIZE;
    mobp->mo_maxpages = mbsp->mb_memmapnr;
    uint_t aidx = 0;
    for (uint_t i = 0; i < mobp->mo_msanr; i++)
    {
        if (1 == mobp->mo_msadscstat[i].md_indxflgs.mf_uindx &&
            MF_MOCTY_KRNL == mobp->mo_msadscstat[i].md_indxflgs.mf_mocty &&
            PAF_ALLOC == mobp->mo_msadscstat[i].md_phyadrs.paf_alloc)
        {
            aidx++;
        }
    }
    mobp->mo_alocpages = aidx;
    mobp->mo_freepages = mobp->mo_maxpages - mobp->mo_alocpages;
    return;
}

这些代码非常容易理解，我们就不再讨论了，无非是将内存管理核心数据结构的地址和数量放在其中，并计算了一些统计信息，这没有任何难度，相信你会轻松理解。

重点回顾

今天课程的重点工作是初始化我们设计的内存管理数据结构，在内存中建立它们的实例变量，我来为你梳理一下重点。

首先，我们从初始化msadsc_t结构开始，在内存中建立msadsc_t结构的实例变量，每个物理内存页面一个msadsc_t结构的实例变量。

然后是初始化memarea_t结构，在msadsc_t结构的实例变量之后，每个内存区一个memarea_t结构实例变量。

接着标记哪些msadsc_t结构对应的物理内存被内核占用了，这些被标记msadsc_t结构是不能纳入内存管理结构中去的。

最后，把所有的空闲msadsc_t结构按最大地址连续的形式组织起来，挂载到memarea_t结构下的memdivmer_t结构中，对应的dm_mdmlielst数组中。

不知道你是否想过，随着物理内存不断增加，msadsc_t结构实例变量本身占用的内存空间就会增加，那你有办法降低msadsc_t结构实例变量占用的内存空间吗？期待你的实现。

思考题

请问在4GB的物理内存的情况下，msadsc_t结构实例变量本身占用多大的内存空间？

欢迎你在留言区跟我交流互动，也希望你能把这节课分享给你的同事、朋友。

好，我是LMOS，我们下节课见！

精选留言（15）
  • 黄光华 👍（27） 💬（1）

    老师，我觉得这个类、变量的命名可读性，还是非常非常重要的 这个项目是您手写的，每一个命名什么意思，你了然于胸 但是我们都是新手，很多变量命名真的太简略了，有很多命名就算琢磨也不一定能知道是什么意思。 真心建议命名可读性还是要增强一下哈~~

    2021-09-02

  • neohope 👍（26） 💬（5）

    一、稍微整理了一下流程： init_hal->init_halmm->init_memmgr //每个页对应一个msadsc_t 结构体，循环填充msadsc_t 结构体数组 ->init_msadsc //初始化三类memarea_t，硬件区、内核区、用户区 ->init_memarea //对已使用的页打上标记，包括：BIOS中断表、内核栈、内核、内核映像 ->init_search_krloccupymm(&kmachbsp); //将页面按地址范围，分配给内存区 //然后按顺序依次查找最长连续的页面，根据连续页面的长度， //将这些页面的msadsc_t挂载到memdivmer_t 结构下的bafhlst_t数组dm_mdmlielst中 ->init_merlove_mem(); //物理地址转为虚拟地址，便于以后使用 ->init_memmgrob();

    二、对于最后的问题，用了虚拟机进行测试，但无论内存大小，总有56K内存没能找到【有知道的小伙伴，麻烦帮忙解答一下】：
    1、4G内存情况如下：
    理论内存：0x1 0000 0000 = 4,194,304K
    可用内存：0xfff8fc00 = 4,193,855K
    预留区域：0x52400 = 329K
    硬件使用：0x10000 = 64K
    没能找到：0xE000 = 56K

    msadsc_t结构体大小为40，使用内存总计为：
    4,193,855K/4K*40=41,938,520=接近40M

    2、2G内存情况如下
    理论内存：0x8000 0000 =2,097,152K
    可用内存：0x7ff8fc00 = 2,096,703K
    预留区域：0x52400 = 329K
    硬件使用：0x10000 = 64K
    没能找到：0xE000 = 56K

    msadsc_t结构体大小为40，使用内存总计为：
    2,096,703K/4K*40=20,967,030=接近20M

    3、1G内存情况如下
    理论内存：0x4000 0000= 1,048,576K
    可用内存：0x3ff8fc00 = 1,048,127K
    预留区域：0x52400 = 329K
    硬件使用：0x10000 = 64K
    没能找到：0xE000 = 56K

    msadsc_t结构体大小为40，使用内存总计为：
    1,048,127K/4K*40=10,481,270=接近10M

    三、如果想节约msadsc_t内存的话，感觉有几种方案：
    1、最简单的方法，就是大内存时采用更大的分页，但应用在申请内存时，同样会有更多内存浪费
    2、也可以用更复杂的页面管理机制，比如相同属性的连续页面不要用多个单独msadsc_t表示，而用一个msadsc_t表示并标明其范围，并通过skiplist等数据结构加速查询。但无论是申请内存还是归还内存时，性能会有所下降，感觉得不偿失。
    3、页面分组情况较少的时候，可以通过每个组建立一个链表记录哪些页面属于某个链表，而msadsc_t中只记录地址等少量信息，不适合复杂系统。

    2021-06-17

  • 小李飞刀 👍（2） 💬（1）

    大佬的这个变量命名是真的把我看懵了。。。

    2022-06-25

  • 秋宇雨 👍（2） 💬（1）

    u1s1，代码命名真心看晕了

    2022-01-28

  • 朱炜敏 👍（2） 💬（1）

    老师，初始化这些数据结构的过程跟行为，让我想到了自己在电脑上装上4G内存条后，上电后发现系统反馈的可用内存一般只有3.8G左右。
    是不是类似的，消失的几百兆内存里，存放的就是这些页管理的数据结构？

    2021-11-04

  • pedro 👍（2） 💬（3）

    胡乱一猜~

    msadsc_t 占用内存 = 4GB/4KB(页大小) * sizeof(msadsc_t )

    2021-06-16

  • 浮生尽歇 👍（1） 💬（1）

    怎么调试内核呢？

    2021-11-14

  • 杨军 👍（1） 💬（1）

    这一讲的内容、概念很多，尤其是内存页合并到内存区的代码不好理解，建议大家把16讲的内存页面组织结构图放在手边，对照代码多看几次慢慢就有感觉了，加油，过了内存管理这道坎，就看见胜利的曙光了

    2021-09-19

  • Geek_a5edac 👍（1） 💬（1）

    代码的命名，不太好懂，能说下命名规则么，一些看很久才知道是哪些缩写

    2021-07-24

  • 　　　　👍（0） 💬（2）

    求助一下可能是编译或者是链接方面的问题。不知道为什么全局变量被定义到了很远的位置。比如kernel.bin的大小只有56512Byte。地址从0x2000000开始。所以我设定mb_nextwtpadr的初始值为0x200e000。但是全局变量的地址却被定义在了0x220e000。这样导致了用mb_nextwtpadr向后申请内存的最终会覆盖掉全局变量的数据。想知道gcc或者ld的什么参数可以改变全局变量所在的位置啊？

    2022-12-06

  • 卖薪沽酒 👍（0） 💬（2）

    //根据地址连续的msadsc_t结构的数量查找合适bafhlst_t结构
    bafhlst_t *find_continumsa_inbafhlst(memarea_t *mareap, uint_t fmnr)
    {
    bafhlst_t *retbafhp = NULL;
    uint_t in = 0;
    if (NULL == mareap || 0 == fmnr) // 检查判断
    {
    return NULL;
    }

    if (MA_TYPE_PROC == mareap-&gt;ma_type)		&#47;&#47;TODO 如果是用户区， 直接返回第一个？， 这里不太懂
{
	return &amp;mareap-&gt;ma_mdmdata.dm_onemsalst;
}
if (MA_TYPE_SHAR == mareap-&gt;ma_type)		&#47;&#47; 如果是共享区, 直接返回null
{
	return NULL;
}

    这里的用户区为啥直接返回的是第一个， 不用做类似内核区的判断

    2022-06-21

  • 卖薪沽酒 👍（0） 💬（1）

    // mbsp->mb_krlinitstack & ((0xfffUL)) 取得是高 52位，低12位全部之置为0，
    // TODO mbsp->mb_krlinitstack 作为结束地址的
    retschmnr = search_segment_occupymsadsc(msadstat, msanr, mbsp->mb_krlinitstack & (    (0xfffUL)), mbsp->mb_krlinitstack);=========================================================这里的结束地址为啥不是 mb_krlinitstack + 栈的大小的， 这里不太懂，

    2022-06-21

  • 艾恩凝 👍（0） 💬（1）

    打卡，函数一步步的分析到位，函数搞清逻辑，花了三个下午，再花一个晚上的时间整理一下，参数命名是真的影响阅读，只能联系上下文了

    2022-04-13

  • ifelse 👍（0） 💬（1）

    大家都能看懂代码?

    2022-02-14

  • 任国宁 👍（0） 💬（1）

    hi，有一个疑问，在启动初始化的时候mmu设置的每页2MB大小，到内核怎么变成4KB了，而且看源码里copy 页表数据的代码也是2MB

    2022-01-26

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