我试图弄清楚如何在操作系统的最低级别分配内存。从我可以收集的是，操作系统只是记录可用和不可用的内存，而C语言将在最低级别进行分配。
所以，第一个例子就是我想出的一个简单的内存分配系统，然后我从以下资源中得到了一个例子：https://github.com/levex/osdev。
实施例-1：
struct heap_elements {
int start_address;
int end_address;
int size;
int reservation;
};
struct heap_elements heap[25];
// Write len copies of val into dest.
void memset(int *dest, int val, int len)
{
int *temp = (int *)dest;
for ( ; len != 0; len--) *temp++ = val;
}
/*
* This function will take a source and destination and copy n amount
* - of bytes from the source to the destination address.
*/
void memory_copy(unsigned char *source, unsigned char *destination, int bytes) {
for (int i = 0; i < bytes; i++) {
*(destination + i) = *(source + i);
}
}
int find_memory_hole(int size) {
for (int i = 0; i < total_elements; i++) {
if (heap[i].reservation == 0) {
if (heap[i].size >= size || heap[i].size == 0) {
return i;
}
}
}
return -1;
}
int * malloc(int size) {
int hole = find_memory_hole(size);
if (hole != -1) {
if (heap[hole].start_address == 0) {
heap[hole].start_address = ending_address;
ending_address += size;
heap[hole].end_address = ending_address;
heap[hole].size = size;
heap[hole].reservation = 1;
kprintf("Starting address: %d\n", heap[hole].start_address);
kprintf("Ending address: %d\n", heap[hole].end_address);
} else {
heap[hole].size = size;
heap[hole].reservation = 1;
}
memset((int*)heap[hole].start_address, 0, size);
return (int*)heap[hole].start_address;
} else {
kprintf("FREE SOME MEMORY~!\n");
kprintf("WE NEED ROOM IN HERE~!\n");
return 0;
}
}
void heap_install() {
total_elements = 25;
starting_address = 0x100000; // 1 - MB
ending_address = 0x100000; // 1 - MB
max_memory_address = 0xEEE00000; // 4 - GB
for (int i = 0; i < total_elements; i++) {
heap[i].start_address = 0;
heap[i].end_address = 0;
heap[i].size = 0;
heap[i].reservation = 0;
}
return;
}
void free(void * pointer) {
int memory_found = 0;
kprintf("Address %d\n", &pointer);
int memory_address = &pointer;
for (int i = 0; i < total_elements; i++) {
if (heap[i].start_address == memory_address) {
heap[i].size = 0;
heap[i].reservation = 0;
memory_found = 1;
break;
}
}
if (memory_found == 0)
kprintf("Memory could not bee free'd (NOT FOUND).\n");
return;
}
实施例-2：
void mm_init(unsigned kernel_end)
{
kprintf("The kernel end is: %d\n", kernel_end);
last_alloc = kernel_end + 0x1000; // Set our starting point.
heap_begin = last_alloc;
heap_end = 0x5B8D80; // Set the bar to 6 MB
memset((char *)heap_begin, 0, heap_end - heap_begin);
}
void mm_print_out()
{
kprintf("Memory used: %d bytes\n", memory_used);
kprintf("Memory free: %d bytes\n", heap_end - heap_begin - memory_used);
kprintf("Heap size: %d bytes\n", heap_end - heap_begin);
kprintf("Heap start: 0x%x\n", heap_begin);
kprintf("Heap end: 0x%x\n", heap_end);
}
void free(void *mem)
{
alloc_t *alloc = (mem - sizeof(alloc_t));
memory_used -= alloc->size + sizeof(alloc_t);
alloc->status = 0;
}
char* malloc(unsigned size)
{
if(!size) return 0;
/* Loop through blocks and find a block sized the same or bigger */
unsigned char *mem = (unsigned char *)heap_begin;
while((unsigned)mem < last_alloc)
{
alloc_t *a = (alloc_t *)mem;
/* If the alloc has no size, we have reaced the end of allocation */
if(!a->size)
goto nalloc;
/* If the alloc has a status of 1 (allocated), then add its size
* and the sizeof alloc_t to the memory and continue looking.
*/
if(a->status) {
mem += a->size;
mem += sizeof(alloc_t);
mem += 4;
continue;
}
/* If the is not allocated, and its size is bigger or equal to the
* requested size, then adjust its size, set status and return the location.
*/
if(a->size >= size)
{
/* Set to allocated */
a->status = 1;
memset(mem + sizeof(alloc_t), 0, size);
memory_used += size + sizeof(alloc_t);
return (char *)(mem + sizeof(alloc_t));
}
/* If it isn't allocated, but the size is not good, then
* add its size and the sizeof alloc_t to the pointer and
* continue;
*/
mem += a->size;
mem += sizeof(alloc_t);
mem += 4;
}
nalloc:;
if(last_alloc+size+sizeof(alloc_t) >= heap_end)
{
panic("From Memory.c", "Something", 0);
}
alloc_t *alloc = (alloc_t *)last_alloc;
alloc->status = 1;
alloc->size = size;
last_alloc += size;
last_alloc += sizeof(alloc_t);
last_alloc += 4;
memory_used += size + 4 + sizeof(alloc_t);
memset((char *)((unsigned)alloc + sizeof(alloc_t)), 0, size);
return (char *)((unsigned)alloc + sizeof(alloc_t));
}
从这两个例子中我预计我从malloc（）分配的内存将具有与我分配它的位置相同的起始地址，如果这有意义的话？如果我知道我的内核的末尾是0x9000标记，我想开始分配1 MB标记的内存。是的，我知道我的内核在内存中的位置是奇怪的而不是传统的，但我知道内存在1 MB标记之外是免费的。
所以，如果我知道以下内容：
kernel_end = 0x9000;
heap_starts = 0x100000;
heap_ends = 0x5B8D80;
我希望这个：
char * ptr = malloc(5)
printf("The memory address for this pointer is at: %d\n", &ptr);
将接近0x100000内存地址，但事实并非如此。这是一个完全不同的地方，这就是为什么我认为我没有在实际上告诉内存中char指针的位置以及它是C编程语言将它放在不同的地方。我无法弄清楚我做错了什么，不应该这么难理解。此外，我查看了OSDev Wiki，但没有找到任何东西。
我试图弄清楚如何在操作系统的最低级别分配内存。从我可以收集的是，操作系统只是记录可用和不可用的内存，而C语言将在最低级别进行分配。
操作系统当然确实记录了可用的内存和不可用的内存，但是用这些术语大大过分简化，我怀疑你对“内存”在这里意味着什么不同，而不是最合适。
操作系统的虚拟内存管理子系统管理物理内存和其他存储资源（如基于磁盘的交换空间）如何映射到每个进程的虚拟地址空间，包括进程的虚拟地址空间的多少以及哪些部分映射到可用内存。它提供增加和减少进程可用虚拟内存的请求，以及创建内存映射的显式请求，例如基于普通文件的内存映射。
至于在用户空间程序中为malloc()调用服务，你或多或少是正确的。程序通常从操作系统中获取相当大的块的内存，malloc()，free()和朋友们分享和管理。通常，这些细节仅在进程填满已经可用的内存并且需要从内核请求更多内容时才涉及内核。
但最低级别肯定在内核中。 C库的内存管理功能只能用于OS分配给进程的内存。
从这两个例子中我预计我从malloc（）分配的内存将具有与我分配它的位置相同的起始地址，如果这有意义的话？如果我知道我的内核的末尾是0x9000标记，我想开始分配1 MB标记的内存。是的，我知道我的内核在内存中的位置是奇怪的而不是传统的，但我知道内存在1 MB标记之外是免费的。
内核的内存视图与用户空间进程不同。每个进程都在其自己的虚拟地址空间中运行，而无法查看它正在使用的物理地址。
我试图弄清楚如何在操作系统的最低级别分配内存。
您的问题是您没有看到操作系统如何分配内存。您正在查看应用程序级别的内存分配。
对于进程，操作系统仅在PAGES中分配内存。通过调用将更多页面映射到进程地址的系统服务（即使更多页面有效），进程可以获得更多内存。
因为应用程序通常需要小于页面的内存分配（对于像字符串这样的东西），所以经常使用堆管理功能。 malloc和free很少（如果有的话）操作系统服务。这些函数只能以小于页面的增量分配内存。
通常，对malloc的调用会导致函数尝试查找足够大的内存块以返回调用者。如果这样的块不可用，malloc将调用操作系统服务将页面映射到地址空间以增加堆中的可用内存量，以便它可以返回足够大的内存块。