🗒️Xv6-Klloc
2023-4-23|2023-5-22
Anthony
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本Blog基于任职于美国波特兰洲立大学的教授@hhp3在Youtube上对xv6内核的讲解视频本期讲解xv6中的内存分配，视频链接在下面
预备知识
在xv6中所有的内存分配都以一个4kb的块为单位，它们维持在一个空列表上
这是一张xv6的地址空间和虚拟空间映射表，根据此，我们可以更好地可视化xv6中的地址空间
相关函数
有关的函数都位于kernel/kalloc.c
结构体
首先我们查看
kalloc.c，在这个程序的头部有一些定义好的变量和结构体其中
struct run *freelist是指向空闲列表的指针
struct run中包含一个指向下一个页表/块 的指针*next
kmem结构体将spinlock和指向空闲列表的指针绑定在一起，这意味着当我们操作空闲列表时，这个操作是需要上锁的。
extern char end[]这是在系统建立的时候，end被设置成用于指向第一个可用地址的指针。具体而言，这个地址就是在kernel的可执行代码，text section,data section之后的第一个地址。
- 如果你还记得刚才那一张xv6的地址空间图，你就会知道
text section对应的是kernel text,data section对应的是kernel data, 所谓第一个可用地址就在Kernel data的上面,xv6中可供分配的空间（128M）就是Free memory
这里面最重要的两个函数，一个是
kalloc() ,这个函数的主要功能就是从freelist 上拿出可用的页表。另一个就是kfree()，主要功能是回收页表，把这些空页表重新放回到freelist中去。kinit()
在这个函数中，我们初始化了
lock，然后调用freeange（） 释放掉在第一个可用字节和物理空间顶端（PHYSTOP)之间的空间。KERNBASE就是第一个可用的地址，我们很容易就可以看出来xv6中可分配的内存空间是128Mfreearagne()
该函数通过调用
kfree ,负责释放第一个可用地址和物理顶端的空间。它首先接受
*pa_start（其实就是第一个可用地址）和*pa_end（就是物理顶端）。然后和页表的格式对齐（向上对齐），就是4k的倍数kalloc()
在该函数中，我们首先获取
spinlock 。还记得kmem吗，就是那个把指向freelist的指针和锁绑定在一起的结构体。- 通过
r = kmem.freelist我们获取到了指向空闲列表的指针，也就是空闲列表的第一个空闲页表/块。
- 然后判断这个地址
r是不是真的有，如果存在的话，就把指向空闲列表的指针往后移动一位。（学过数据结构的都知道吧，就是简单链表操作，现在链表头往后挪了，那也就相当于拿出了一块）所以说xv6分配新空间是从空闲列表的头部开始拿的
- 刚刚只是操作了链表，我们还没有真的分配空间（memset)。我们使用memset将新分配的空间用5填满。
kfree()
该函数接受一个物理地址
pa 。- 首先进行
pa（physical address）的合法性检验，确保pa与页表的边缘对齐（在页表的头部），确保pa不会太大超出物理空间，不会太小小于最初的字节
- 然后将要释放的空间首先用”1”填满，这是为了能够让后续的代码想要使用它的时候能够发现错误，比较我们不希望使用已经释放掉了的空间。
- 接下来获取到指向这块空间的指针，然后获取
spinlock将这块空间插在freelist的头部，释放锁。所以说新的空间是在空闲列表的头部的
你可以把空闲列表当作一个乒乓球筒，每次拿球都是从顶部拿，放球也是放在顶部。
本次讲解到这里就结束啦，如果你觉得讲的还算可以，欢迎你转发给你的朋友们。如果有说的不对的，也欢迎大家指出🥰