SimpleOS开发（5）添加内核物理页管理器

1. 实现互斥锁雏形

内核的各个功能组件后续都有申请释放内存的需求，所以需要实现内存管理。在实现内存管理之前我们需要先实现互斥锁，因为通过下面我们看出内存管理时通过链表实现的，操作链表时需要加锁，所以先实现简单的互斥锁。

由于全志D1时单核处理器，所以当一段代码执行时唯一可能打断的就是中断，那么互斥锁实现的原理就很简单了：

• 申请锁时先关中断，然后判断锁是否被别人获取，如果是则睡眠，不是则获取锁，最后打开中断。
• 释放锁时也是先关中断，然后尝试唤醒等锁的进程，最后打开中断。

void mutex_init(struct mutex *lock, char *name)
{
    lock->locked = 0;
    lock->name = name;
}

void mutex_lock(struct mutex *lock)
{
    int_disable();

    if (lock->locked) {
        // TODO:添加睡眠调度代码
    }

    lock->locked = 1;

    int_enable();
}

void mutex_unlock(struct mutex *lock)
{
    int_disable();
    lock->locked = 0;

    // TODO:添加唤醒代码

    int_enable();
}

2. 实现内核物理页管理

内核物理页管理参考xv6，首先对内核总共可使用内存做个限制，这里我选择为128MB。然后为了简单，约定每次只能申请一页内存也就是4KB，并且初始化时是将这所有空闲的4KB页面通过链表串起来， 每个物理页的开始是一个指针，指向下一个空闲页的地址，这样就将内存管理结构嵌在页面自身里面，达到节省空间和简单化的目的。

// 释放一页内存
void kfree(void *addr)
{
    struct page* page;

    // 检查地址是否合法
    if(((u64)addr % PAGE_SIZE) != 0 || (char*)addr < end || (u64)addr >= KERN_STOP)
        panic("kfree");

    page = (struct page*)addr;

    // 将空闲页插入到链表头
    mutex_lock(&kmem.lock);
    page->next = kmem.freelist;
    kmem.freelist = page;
    mutex_unlock(&kmem.lock);
}

// 申请一页内存
void *kalloc(void)
{
    struct page* page;

    // 从链表头取出空闲页
    mutex_lock(&kmem.lock);
    page = kmem.freelist;
    if (page) {
        kmem.freelist = page->next;
    }
    mutex_unlock(&kmem.lock);

    return (void *)page;
}

// 内核页管理初始化
void kmem_init(void)
{
    char *p;
    char *pa_start = end;
    char *pa_end   = (char *)KERN_STOP;

    mutex_init(&kmem.lock, "kmem");

    // 初始化时将所有空闲内存构造为空闲链表
    p = (char*)PAGE_ROUNDUP((u64)pa_start);
    for(; p + PAGE_SIZE < (char*)pa_end; p += PAGE_SIZE) {
        kfree(p);
    }
}