Question

我不确定这个问题是否是主题（如果不是，我道歉），但我想知道在创建操作系统时如何完成内存管理。我的理解是：

这听起来像是矛盾的。如果编写内存管理器的工具首先需要内存管理器，那么如何编写内存管理器？必须在组装中完成吗？

Answer 1

C不需要托管内存。您可能正在考虑malloc库函数，但这只是一个函数（虽然标准化可用于用户程序）。

易于实现的内存分配方案如下：

char * free_space;
void * kmalloc(size_t s) {
  char * block = free_space;
  free_space += s;
  return block;
}
// free not possible

必须在初始化期间将指针free_space设置为已知空闲内存区域的开头。这可以由引导加载程序通过多重引导信息给出。

在我很久以前写过的this code for a kernel中可以找到一个更复杂的例子。

通常，内存管理分为多个阶段：

在初始化期间，像上面那样的简单方案有助于建立一个比我写的更复杂的分配器。

此分配器仅提供固定大小的块（通常为4Kb，有时也是此大小的倍数）。

当内存池被填满时，从更高级别的分配器请求这些块。此分配器是您通常通过malloc呼叫的分配器。一个突出的例子是Doug Lea的dlmalloc。

关于堆栈：编译的代码执行堆栈指针的递增和递减。但显然它必须先设置为一些可用的空间。对于内核，在初始化期间，您通常将其设置为您知道的空闲内存，例如二进制文件的一部分。这是在汇编中完成的：

lea esp, kstack
; ...
call startup_kernel
; ...
[SECTION .bss]
resb 32768
kstack:

对于稍后的进程，使用内核分配器分配一个或多个帧，并将堆栈设置为指向它的结束（如果堆栈递减）。来自another kernel的这个示例显示了为新进程设置堆栈所做的工作（这高度依赖于实际的内核/任务切换代码）。（在这种情况下，没有动态分配的内存，因为它在嵌入式场景中使用）。

Answer 2

操作系统需要为自身（内核）和用户管理内存。

您似乎在询问用户内存管理。这是通过管理分配给流程的页面来完成的。通过分配页面进程来管理堆栈。

堆内存管理（如malloc）分两部分完成。对于操作系统，内核提供系统服务以将页面映射到进程。其次，库管理在这些页面中创建的一个或多个内存池。