《操作系统真象还原》第9~10章+鼠标驱动源代码

#include "memory.h" #include "bitmap.h" #include "stdint.h" #include "global.h" #include "debug.h" #include "print.h" #include "string.h" #define PG_SIZE 4096 /*************** 位图地址 ******************** * 因为0xc009f000是内核主线程栈顶，0xc009e000是内核主线程的pcb. * 一个页框大小的位图可表示128M内存, 位图位置安排在地址0xc009a000, * 这样本系统最大支持4个页框的位图,即512M */ #define MEM_BITMAP_BASE 0xc009a000 /*************************************/ #define PDE_IDX(addr) ((addr & 0xffc00000) >> 22) #define PTE_IDX(addr) ((addr & 0x003ff000) >> 12) /* 0xc0000000是内核从虚拟地址3G起. 0x100000意指跨过低端1M内存,使虚拟地址在逻辑上连续 */ #define K_HEAP_START 0xc0100000 /* 内存池结构,生成两个实例用于管理内核内存池和用户内存池 */ struct pool { struct bitmap pool_bitmap; // 本内存池用到的位图结构,用于管理物理内存 uint32_t phy_addr_start; // 本内存池所管理物理内存的起始地址 uint32_t pool_size; // 本内存池字节容量 }; struct pool kernel_pool, user_pool; // 生成内核内存池和用户内存池 struct virtual_addr kernel_vaddr; // 此结构是用来给内核分配虚拟地址 /* 在pf表示的虚拟内存池中申请pg_cnt个虚拟页, * 成功则返回虚拟页的起始地址, 失败则返回NULL */ static void* vaddr_get(enum pool_flags pf, uint32_t pg_cnt) { int vaddr_start = 0, bit_idx_start = -1; uint32_t cnt = 0; if (pf == PF_KERNEL) { bit_idx_start = bitmap_scan(&kernel_vaddr.vaddr_bitmap, pg_cnt); if (bit_idx_start == -1) { return NULL; } while(cnt < pg_cnt) { bitmap_set(&kernel_vaddr.vaddr_bitmap, bit_idx_start + cnt++, 1); } vaddr_start = kernel_vaddr.vaddr_start + bit_idx_start * PG_SIZE; } else { // 用户内存池,将来实现用户进程再补充 } return (void*)vaddr_start; } /* 得到虚拟地址vaddr对应的pte指针*/ uint32_t* pte_ptr(uint32_t vaddr) { /* 先访问到页表自己 + \ * 再用页目录项pde(页目录内页表的索引)做为pte的索引访问到页表 + \ * 再用pte的索引做为页内偏移*/ uint32_t* pte = (uint32_t*)(0xffc00000 + \ ((vaddr & 0xffc00000) >> 10) + \ PTE_IDX(vaddr) * 4); return pte; } /* 得到虚拟地址vaddr对应的pde的指针 */ uint32_t* pde_ptr(uint32_t vaddr) { /* 0xfffff是用来访问到页表本身所在的地址 */ uint32_t* pde = (uint32_t*)((0xfffff000) + PDE_IDX(vaddr) * 4); return pde; } /* 在m_pool指向的物理内存池中分配1个物理页, * 成功则返回页框的物理地址,失败则返回NULL */ static void* palloc(struct pool* m_pool) { /* 扫描或设置位图要保证原子操作 */ int bit_idx = bitmap_scan(&m_pool->pool_bitmap, 1); // 找一个物理页面 if (bit_idx == -1 ) { return NULL; } bitmap_set(&m_pool->pool_bitmap, bit_idx, 1); // 将此位bit_idx置1 uint32_t page_phyaddr = ((bit_idx * PG_SIZE) + m_pool->phy_addr_start); return (void*)page_phyaddr; } /* 页表中添加虚拟地址_vaddr与物理地址_page_phyaddr的映射 */ static void page_table_add(void* _vaddr, void* _page_phyaddr) { uint32_t vaddr = (uint32_t)_vaddr, page_phyaddr = (uint32_t)_page_phyaddr; uint32_t* pde = pde_ptr(vaddr); uint32_t* pte = pte_ptr(vaddr); /************************ 注意 ************************* * 执行*pte,会访问到空的pde。所以确保pde创建完成后才能执行*pte, * 否则会引发page_fault。因此在*pde为0时,*pte只能出现在下面else语句块中的*pde后面。 * *********************************************************/ /* 先在页目录内判断目录项的P位，若为1,则表示该表已存在 */ if (*pde & 0x00000001) { // 页目录项和页表项的第0位为P,此处判断目录项是否存在 ASSERT(!(*pte & 0x00000001)); if (!(*pte & 0x00000001)) { // 只要是创建页表,pte就应该不存在,多判断一下放心 *pte = (page_phyaddr | PG_US_U | PG_RW_W | PG_P_1); // US=1,RW=1,P=1 } else { //应该不会执行到这，因为上面的ASSERT会先执行。 PANIC("pte repeat"); *pte = (page_phyaddr | PG_US_U | PG_RW_W | PG_P_1); // US=1,RW=1,P=1 } } else { // 页目录项不存在,所以要先创建页目录再创建页表项. /* 页表中用到的页框一律从内核空间分配 */ uint32_t pde_phyaddr = (uint32_t)palloc(&kernel_pool); *pde = (pde_phyaddr | PG_US_U | PG_RW_W | PG_P_1); /* 分配到的物理页地址pde_phyaddr对应的物理内存清0, * 避免里面的陈旧数据变成了页表项,从而让页表混乱. * 访问到pde对应的物理地址,用pte取高20位便可. * 因为pte是基于该pde对应的物理地址内再寻址, * 把低12位置0便是该pde对应的物理页的起始*/ memset((void*)((int)pte & 0xfffff000), 0, PG_SIZE); ASSERT(!(*pte & 0x00000001)); *pte = (page_phyaddr | PG_US_U | PG_RW_W | PG_P_1); // US=1,RW=1,P=1 } } /* 分配pg_cnt个页空间,成功则返回起始虚拟地址,失败时返回NULL */ void* malloc_page(enum pool_flags pf, uint32_t pg_cnt) { ASSERT(pg_cnt > 0 && pg_cnt < 3840); /*********** malloc_page的原理是三个动作的合成: *********** 1通过vaddr_get在虚拟内存池中申请虚拟地址 2通过palloc在物理内存池中申请物理页 3通过page_table_add将以上得到的虚拟地址和物理地址在页表中完成映射 ***************************************************************/ void* vaddr_start = vaddr_get(pf, pg_cnt); if (vaddr_start == NULL) { return NULL; } uint32_t vaddr = (uint32_t)vaddr_start, cnt = pg_cnt; struct pool* mem_pool = pf & PF_KERNEL ? &kernel_pool : &user_pool; /* 因为虚拟地址是连续的,但物理地址可以是不连续的,所以逐个做映射*/ while (cnt-- > 0) { void* page_phyaddr = palloc(mem_pool); if (page_phyaddr == NULL) { // 失败时要将曾经已申请的虚拟地址和物理页全部回滚，在将来完成内存回收时再补充 return NULL; } page_table_add((void*)vaddr, page_phyaddr); // 在页表中做映射 vaddr += PG_SIZE; // 下一个虚拟页 } return vaddr_start; } /* 从内核物理内存池中申请pg_cnt页内存,成功则返回其虚拟地址,失败则返回NULL */ void* get_kernel_pages(uint32_t pg_cnt) { void* vaddr = malloc_page(PF_KERNEL, pg_cnt); if (vaddr != NULL) { // 若分配的地址不为空,将页框清0后返回 memset(vaddr, 0, pg_cnt * PG_SIZE); } return vaddr; } /* 初始化内存池 */ static void mem_pool_init(uint32_t all_mem) { put_str(" mem_pool_init start\n"); uint32_t page_table_size = PG_SIZE * 256; // 页表大小= 1页的页目录表+第0和第768个页目录项指向同一个页表+ // 第769~1022个页目录项共指向254个页表,共256个页框 uint32_t used_mem = page_table_size + 0x100000; // 0x100000为低端1M内存 uint32_t free_mem = all_mem - used_mem; uint16_t all_free_pages = free_mem / PG_SIZE; // 1页为4k,不管总内存是不是4k的倍数, // 对于以页为单位的内存分配策略，不足1页的内存不用考虑了。 uint16_t kernel_free_pages = all_free_pages / 2; uint16_t user_free_pages = all_free_pages - kernel_free_pages; /* 为简化位图操作，余数不处理，坏处是这样做会丢内存。 好处是不用做内存的越界检查,因为位图表示的内存少于实际物理内存*/ uint32_t kbm_length = kernel_free_pages / 8; // Kernel BitMap的长度,位图中的一位表示一页,以字节为单位 uint32_t ubm_length = user_free_pages / 8; // User BitMap的长度. uint32_t kp_start = used_mem; // Kernel Pool start,内核内存�