《30天自制作業系統》筆記(07)——記憶體管理
中處理掉了絕大部分與CPU配置相關的東西。本篇介紹記憶體管理的思路和算法。
現在想想，從軟體工程師的角度看，CPU也隻是一個軟體而已：它的功能就是加載指令、執行指令和響應中斷，而響應中斷也是在加載指令、執行指令。就像火車沿着一條環形鐵軌前進；當中斷發生時，就好像鐵軌岔口處變軌了，火車就順着另一條軌迹走了；走完之後又繞回來重新開始。決定CPU是否變軌的，就是CPU裡的特定寄存器。
這是題外話，就此為止。
假設記憶體大小是128MB，應用程式A暫時需要100KB，畫面控制需要1.2MB……。
像這樣，作業系統有時要配置設定一定大小的記憶體，用完後又要收回。是以，必須管理好哪些記憶體空閑可用，哪些正在被占用。這就是記憶體管理。
記憶體管理的兩個任務，一是記憶體配置設定，一是記憶體釋放。
要管理記憶體，首先得知道作業系統所在的這個計算機記憶體有多大。檢查記憶體容量的方法很簡單，就是從要檢查的起始位置到最後位置依次寫入一個數值（例如0xaa55aa55），然後按位反轉，檢查是否正确地完成了反轉（變成0x55aa55aa）；然後再次反轉，檢查是否正确地完成了反轉。如果反轉結果都是正确的，說明這個位址的記憶體是存在的；否則就說明記憶體的最大位址就到此為止了。其代碼如下。
但直接用C語言來寫這個函數的話，C編譯器會把它優化成這個樣子。
C編譯器不會理睬"記憶體到頭了"這種事情，它隻在應用程式的層面看問題。是以它認為for循環裡的if判定都是必然為真（或為假）的，認為沒有被其它代碼使用的變量都是沒用的。是以它就幹脆把這些"沒用的"代碼删掉了。
為了解決這個問題，還是用彙編語言來寫這個memtest_sub函數好了。代碼如下。
彙編版本的memtest_sub
知道了記憶體容量，就可以進行管理了。
486以上的CPU是有高速緩存（cache）的。CPU每次通路記憶體，都要将所通路的位址和内容存入cache，也就是存放成這樣"18号位址的值是54"。如果下次要用18号位址的内容，CPU就不需要再讀記憶體了（速度慢），而是直接從cache中取得18号位址的内容（速度快）。
如果開啟着CPU高速緩存（cache），上述的檢測代碼就不會正常工作。因為寫入一個記憶體位址，然後立即讀出，這樣的操作符合cache到的情況，CPU不會從記憶體讀，而是直接讀cache到的東西。結果，所有的記憶體都"正常"，檢測代碼就起不到作用了。
假設記憶體有128MB（0x08000000位元組），以4KB（0x1000位元組）為機關進行管理。
128MB/4KB=32768。是以我們建立32768位元組的區域，寫入0表示對應的記憶體是空閑的，寫入1表示對應的記憶體是正在使用的。這個方法的名字我沒有查到。
比如需要100KB的記憶體，那麼隻要從a中找出連續25個标記為0的地方就可以了。
需要收回這100KB的時候，用位址值/0x1000，計算出j就可以了。
當然，我們可以用1bit來代替1個char，這樣所需的管理空間就可以省下7/8，使用方法則是一樣的。
把類似于"從xxx号位址開始的yyy位元組的空間是空閑的"這種資訊都存儲到清單裡。
比如，如果需要100KB的記憶體，隻要檢視memman中free的狀況，從中找到100MB以上的可用空間就行了。
釋放記憶體時，增加1條可用資訊，frees加1。而且還要看看新釋放出的記憶體與相鄰的記憶體能不能連到一起，如果可以，就要歸為1條。
與上文的最簡單的方法相比，這種清單管理的方法，占用記憶體少，且記憶體的申請和釋放更迅速。
缺點是釋放記憶體的代碼比較複雜。另外，如果記憶體變成零零碎碎的，那麼需要的MEMMAN裡的數組就會超過1000，這是個問題。如果真發生這種情況，隻能将一部分零碎的空閑記憶體都視作被占用的，然後合并。
記憶體管理要結合GDT的設定進行。按段(Segment)設計的GDT，記憶體就得按段申請和回收。按頁設計的GDT，額我不知道，以後再說。
記憶體管理需要的預備知識還包括"擷取記憶體容量"、"禁止/啟用高速緩存"、"資料結構-連結清單"。
記憶體管理的算法還有很多，本篇隻給出了兩種最基本最簡單的，夠做個簡易的OS就行了，現在不是深究算法的時候。