关于os的一些整理：第三篇：内存管理

主要关于物理内存以及x86架构对内存的管理。

 

通常我们说的内存主要指的是内存条。

 

内存条

内存条也是一种设备，不同的是x86可以直接读写操作内存。内存条中提供的可以临时存储我们数据的介质就是我们说的物理内存。

 

写道

| |
| ... |
---+-----+--- ~
^ | | ^
64k+-----+ | 1048575:0xfffff
v | ... | |
---+-----+ | 983040:0xf0000
^ | | |
64k+-----+ | 983039:0xeffff
v | ... | |
---+-----+ | 917504:0xe0000
| | |
+-----+ | 917503:0xdffff
| ... | |
+-----+ | 851968:0xd0000
| | |
+-----+ | 851967:0xcffff
| ... | |
+-----+ | 786432:0xc0000
| | |
+-----+ | 786431:0xbffff
| ... | |
+-----+ | 720896:0xb0000
| | |
+-----+ | 720895:0xaffff
| ... | |
+-----+ | 655360:0xa0000
| | |
+-----+ | 655359:0x9ffff
| ... | |
+-----+ | 589824:0x90000
| | |
+-----+ | 589823:0x8ffff
| ... | |
+-----+ 1M 524288:0x80000
| | |
+-----+ | 524287:0x7ffff
| ... | |
+-----+ | 458752:0x70000
| | |
+-----+ | 458751:0x6ffff
| ... | |
+-----+ | 393216:0x60000
| | |
+-----+ | 393215:0x5ffff
| ... | |
+-----+ | 327680:0x50000
| | |
+-----+ | 327679:0x4ffff
| ... | |
+-----+ | 262144:0x40000
| | |
+-----+ | 262143:0x3ffff
| ... | |
---+-----+ | 196608:0x30000
^ | | |
64k+-----+ | 196607:0x2ffff
v | ... | |
---+-----+ | 131072:0x20000
^ | | |
64k+-----+ | 131071:0x1ffff
v | ... | |
---+-----+ | 65536:0x10000
^ | | |
64k+-----+ | 65535:0x0ffff
v | ... | v
---+-----+--- 00000:0x00000

 

 

物理内存

根据上面对内存条的解释，我们可以将输入写入到内存。这里有个内存的物理地址。

 

物理地址

像我们平常编程的时候，也会涉及到内存地址，但我们通常所说的内存地址，基本都是指逻辑地址，即便是在C这种能够直接操纵访问内存的编程语言。

 

在上面图示中，右边标示的就是内存的物理地址。如0x20000，就是从内存条其实位置0x00000到0x20000的偏移。在汇编中，我们通常也不是直接表示和操纵这个物理地址，而是通过段寄存器和段偏移来表示这个物理地址，如ds=0x2000，bx=0x0000。

 

 

写道

 

| |
| ... |
---+-----+--- ~
^ | | ^
64k+-----+ | 1048575:0xfffff
v | ... | |
---+-----+ | 983040:0xf0000
^ | | |
64k+-----+ | 983039:0xeffff
v | ... | |
---+-----+ | 917504:0xe0000
| | |
+-----+ | 917503:0xdffff
| ... | |
+-----+ | 851968:0xd0000
| | |
+-----+ | 851967:0xcffff
| ... | |
+-----+ | 786432:0xc0000
| | |
+-----+ | 786431:0xbffff
| ... | |
+-----+ | 720896:0xb0000
| | |
+-----+ | 720895:0xaffff
| ... | |
+-----+ | 655360:0xa0000
| | |
+-----+ | 655359:0x9ffff
| ... | |
+-----+ | 589824:0x90000
| | |
+-----+ | 589823:0x8ffff
| ... | |
+-----+ 1M 524288:0x80000
| | |
+-----+ | 524287:0x7ffff
| ... | |
+-----+ | 458752:0x70000
| | |
+-----+ | 458751:0x6ffff
| ... | |
+-----+ | 393216:0x60000
| | |
+-----+ | 393215:0x5ffff
| ... | |
+-----+ | 327680:0x50000
| | |
+-----+ | 327679:0x4ffff
| ... | |
+-----+ | 262144:0x40000
| | |
+-----+ | 262143:0x3ffff
| ... | |
---+-----+ | 196608:0x30000
^ | | |
64k+-----+ | 196607:0x2ffff
v | ... | | / +---------+ +---------+
---+-----+ | 131072:0x20000<------ds:bx |ds:0x2000| |bx:0x0000|
^ | | | \ +---------+ +---------+
64k+-----+ | 131071:0x1ffff
v | ... | |
---+-----+ | 65536:0x10000
^ | | |
64k+-----+ | 65535:0x0ffff
v | ... | v
---+-----+--- 00000:0x00000

 

 

并不是整块物理内存我们都可以用上，我们将低地址区间的内存区间称为低端内存，将高地址区间的内存区间称为高端内存。Phoenix BIOS系统内存映射（mm）在将各地址区间进行映射描述时，有些地址区间可以分配给os使用，有些地址区间不能分配给os使用。

 

低端内存

 

高端内存

 

x86

 

内存探测

 

Int 15/AX=E820h

Phoenix BIOS system memory map address range descriptor

菲尼克斯BIOS系统内存映射地址区间描述符

 

Offset  Size    Description

00h    QWORD   base address

08h    QWORD   length in bytes

10h    DWORD   type of address range

 

基地址占8个字节，字节长度占8个字节，地址区间类型占4个字节。

 

Values for System Memory Map address type:

01h    memory, available to OS

02h    reserved, not available (e.g. system ROM, memory-mapped device)

03h    ACPI Reclaim Memory (usable by OS after reading ACPI tables)

04h    ACPI NVS Memory (OS is required to save this memory between NVS

sessions)

other  not defined yet -- treat as Reserved

 

地址区间类型为01h表示可分配给os使用的内存，02h表示预留的，不可用的内存区间，例如系统只读内存（ROM），内存映射的设备，03h表示分配给ACPI（高级配置电源接口）的内存区间，在os读取了ACPI表之后，这块内存区间也可以分配给os使用，04h表示分配给ACPI（高级配置电源接口）NVS（Network Video System，网络视频系统）的内存区间。

 

如果有其他地址区间类型的值，这些都是还没有定义的类型，表示预留的地址区间类型。

 

这种方式读取出来的内存映射地址区间并不是连续的，中间可能存在内存空洞。

 

下面是我读取出来的BIOS系统内存映射地址区间描述符表实际信息：

base address=0(0x0);                 length=651264,   in bytes; type=1; next offset=1; 

base address=651264(0x9F000);        length=4096,     in bytes; type=2; next offset=2; 

base address=950272(0xE8000);        length=98304,    in bytes; type=2; next offset=3; 

base address=1048576(0x100000);      length=32440320, in bytes; type=1; next offset=5; 

base address=33488896(0x1FF0000);    length=65536,    in bytes; type=3; next offset=6; 

base address=4294705152(0xFFFC0000); length=262144,   in bytes; type=2; next offset=0; 

 

Int 15/AX=E802h

 

 

Int 15/AX=E801h

和Int 15/AX=E801h对应的还有个Int 15/AX=E881h，它和Int 15/AX=E801h不同的是，Int 15/AX=E881h通过32位寄存器返回信息。

 

Int 15/AH=C7h

SYSTEM - later PS/2s - RETURN MEMORY-MAP INFORMATION

 

通过Int 15/AH=C0h中断来检测Int 15/AH=C7h是否支持。

 

Int 15/AH=88h

关于Int 15/AH=88h中断，有两个说明：

 

第1个说明：

SYSTEM - GET EXTENDED MEMORY SIZE (286+)

第2个说明：

HUNTER 16 - GET POWER UP KEYS

 

我们这里要说的是第1个。它返回的是超过1M以上的，也就是从1M内存（绝对地址0x100000）开始的那块连续内存的大小（KB），这块内存被称为扩展内存。

 

标准BIOS在实现此中断时只返回1MB到16MB之间的内存，超过16M边界的内存不返回。

 

 

在探测内存的时候，如果如果支持Int 15/AX=E820h中断，应该首先通过Int 15/AX=E820h中断去探测，然后依次Int 15/AX=E802h中断，Int 15/AX=E801h中断，Int 15/AH=88h中断。

 

分段管理

实地址模式

通过段寄存器和段偏移来管理访问内存。通过它们去直接访问物理地址。

 

V8模式

这种模式和实地址模式一样。

 

保护模式

在保护模式下，引入了GDT全局描述符表和LDT局部描述符表以及段描述符，另外还有个段选择子。

 

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