《30天自制操作系统》笔记(07)——内存管理
中处理掉了绝大部分与CPU配置相关的东西。本篇介绍内存管理的思路和算法。
现在想想，从软件工程师的角度看，CPU也只是一个软件而已：它的功能就是加载指令、执行指令和响应中断，而响应中断也是在加载指令、执行指令。就像火车沿着一条环形铁轨前进；当中断发生时，就好像铁轨岔口处变轨了，火车就顺着另一条轨迹走了；走完之后又绕回来重新开始。决定CPU是否变轨的，就是CPU里的特定寄存器。
这是题外话，就此为止。
假设内存大小是128MB，应用程序A暂时需要100KB，画面控制需要1.2MB……。
像这样，操作系统有时要分配一定大小的内存，用完后又要收回。因此，必须管理好哪些内存空闲可用，哪些正在被占用。这就是内存管理。
内存管理的两个任务，一是内存分配，一是内存释放。
要管理内存，首先得知道操作系统所在的这个计算机内存有多大。检查内存容量的方法很简单，就是从要检查的起始位置到最后位置依次写入一个数值（例如0xaa55aa55），然后按位反转，检查是否正确地完成了反转（变成0x55aa55aa）；然后再次反转，检查是否正确地完成了反转。如果反转结果都是正确的，说明这个地址的内存是存在的；否则就说明内存的最大地址就到此为止了。其代码如下。
但直接用C语言来写这个函数的话，C编译器会把它优化成这个样子。
C编译器不会理睬"内存到头了"这种事情，它只在应用程序的层面看问题。所以它认为for循环里的if判定都是必然为真（或为假）的，认为没有被其它代码使用的变量都是没用的。所以它就干脆把这些"没用的"代码删掉了。
为了解决这个问题，还是用汇编语言来写这个memtest_sub函数好了。代码如下。
汇编版本的memtest_sub
知道了内存容量，就可以进行管理了。
486以上的CPU是有高速缓存（cache）的。CPU每次访问内存，都要将所访问的地址和内容存入cache，也就是存放成这样"18号地址的值是54"。如果下次要用18号地址的内容，CPU就不需要再读内存了（速度慢），而是直接从cache中取得18号地址的内容（速度快）。
如果开启着CPU高速缓存（cache），上述的检测代码就不会正常工作。因为写入一个内存地址，然后立即读出，这样的操作符合cache到的情况，CPU不会从内存读，而是直接读cache到的东西。结果，所有的内存都"正常"，检测代码就起不到作用了。
假设内存有128MB（0x08000000字节），以4KB（0x1000字节）为单位进行管理。
128MB/4KB=32768。所以我们创建32768字节的区域，写入0表示对应的内存是空闲的，写入1表示对应的内存是正在使用的。这个方法的名字我没有查到。
比如需要100KB的内存，那么只要从a中找出连续25个标记为0的地方就可以了。
需要收回这100KB的时候，用地址值/0x1000，计算出j就可以了。
当然，我们可以用1bit来代替1个char，这样所需的管理空间就可以省下7/8，使用方法则是一样的。
把类似于"从xxx号地址开始的yyy字节的空间是空闲的"这种信息都存储到列表里。
比如，如果需要100KB的内存，只要查看memman中free的状况，从中找到100MB以上的可用空间就行了。
释放内存时，增加1条可用信息，frees加1。而且还要看看新释放出的内存与相邻的内存能不能连到一起，如果可以，就要归为1条。
与上文的最简单的方法相比，这种列表管理的方法，占用内存少，且内存的申请和释放更迅速。
缺点是释放内存的代码比较复杂。另外，如果内存变成零零碎碎的，那么需要的MEMMAN里的数组就会超过1000，这是个问题。如果真发生这种情况，只能将一部分零碎的空闲内存都视作被占用的，然后合并。
内存管理要结合GDT的设定进行。按段(Segment)设计的GDT，内存就得按段申请和回收。按页设计的GDT，额我不知道，以后再说。
内存管理需要的预备知识还包括"获取内存容量"、"禁止/启用高速缓存"、"数据结构-链表"。
内存管理的算法还有很多，本篇只给出了两种最基本最简单的，够做个简易的OS就行了，现在不是深究算法的时候。