动手写操作系统 -- 内存管理

03 Oct 2014

内存管理，是个永恒的话题。

前面的任务用到的数据要么声明为static或全局变量，放在数据区，要么在函数内部使用，放在任务栈区。

但避不了有些情况，在任务运行时需要动态分配/释放内存，即malloc，free。

OK，现在开始搞内存管理。

有个大前提得先说下，我们的系统暂时运行在X86的实模式上，能够访问的内存范围为2^16 = 64K。 (使用远指针除外)

还有现在的内核和任务是放在一起的，即KERNEL.SYS文件大小不到20K，所以还剩下40几K连续内存可以在整个段内访问。

下面将这剩下的内存利用起来，用来给任务提供动态内存分配。

ps: 40多KB内存用来作为动态内存分配，的确很少，这一节的目的是可以让动态内存分配模块成功运行在这段内存上，
    后续会逐步优化，加大可用内存空间。
    再说，很多单片机内置的内存也就几十K，但也能够设计出功能很多的系统。

我是如下设计内存分配的，图中最下面的”内存分配记录Meta区”，是保存每次malloc,free后的已用内存，可用内存的记录。要通过远指针跨段访问。

举例，4次动态分配后，内存使用如下：

char *test1, *test2, *test3, *test4, *test5;
test1 = osMalloc(10);
strcpy(test1, "test1malloc");
test2 = osMalloc(20);
strcpy(test2, "test2malloc");
test3 = osMalloc(10);
strcpy(test3, "test3malloc");
test4 = osMalloc(10);
strcpy(test4, "test4malloc");

然后，两次内存释放，内存使用如下：

osFree(test3);
osFree(test2);

再次申请内存，采用First-Fit策略，如free后的空间足够大，分裂可用空间，内存使用如下：

test5 = osMalloc(12);
strcpy(test5, "test5malloc");

下面是具体实现，我们的FunnyOS系统是用TCC编译的，生成的是EXE可执行文件，好处是可以直接在Windows下运行、调试，

转成BIN文件后通过引导代码载入内存也能直接运行。

但是，如何在代码中区别当前是运行在Windows系统中，还是真机环境中呢？
有个方法，如果是真机，使用软件引导的，第511，512个字节的内存固定为0x55，0xAA。
在代码中通过读取这两个字节来判断即可。

那如何在代码中获取可用来动态分配内存空间的大小呢？
如果知道了KERNEL.SYS的长度为len，那么可用空间大小 = 64K - len，即可算出。
获取KERNEL.SYS长度可以这样做，我么有个buildimg.c代码，是生成FunnyOS.img的，可以将KERNEL.SYS长度放在FunnyOS.img偏移508,509处。
在系统代码中读取内存地址为(0x7c00+508)处，即可获得KERNEL.SYS大小了。

代码下载：FunnyOS_memory.7z