内存管理算法实现
本节代码的调试和实现过程可参看视频：
Linux kernel Hacker, 从零构建自己的内核
在上一节，我们得知可用内存的大小后，我们就可以开发一个简单的管理算法去管理和分配可用用内存。
首先创建一个头文件mem_util.h，用来定义内存管理模块相关的数值，变量和接口：
#define MEMMAN_FREES 4096
struct FREEINFO {
unsigned int addr, size;
};
struct MEMMAN {
int frees, maxfrees, lostsize, losts;
struct FREEINFO free[MEMMAN_FREES];
};
void memman_init(struct MEMMAN *man);
unsigned int memman_total(struct MEMMAN *man);
unsigned int memman_alloc(struct MEMMAN *man, unsigned int size);
int memman_free(struct MEMMAN *man, unsigned int addr, unsigned int size);
FREEINFO 结构用来表示可用内存的起始地址和大小，MEMMAN 表示内存管理器，其中的frees 表示当前可用内存对应的FREEINO结构体有多少个，maxfrees 表示我们的内存管理器最多可以容纳多少个可用内存片，一个可用内存片就是一个FREEINFO结构体。当有内存释放时，有些释放后的内存块无法重现加入内存管理器，这些内存块就得丢掉，那么lostsize 就用来记录，内存管理器总共放弃了多少内存碎片，losts记录的是碎片的数量。
memman_init 用来初始化内存管理区结构体，memman_total用来计算一个内存管理区存储着多少可用的内存，memman_alloc 用来从指定的内存管理器对象中获取可用内存，memman_free 则用于释放不再需要的内存片。
我们再看看相关实现（mem_util.c）：
#include "mem_util.h"
void memman_init(struct MEMMAN *man) {
man->frees = 0;
man->maxfrees = 0;
man->lostsize = 0;
man->losts = 0;
}
unsigned int memman_total(struct MEMMAN *man) {
unsigned int i, t = 0;
for (i = 0; i < man->frees; i++) {
t += man->free[i].size;
}
return t;
}
unsigned int memman_alloc(struct MEMMAN *man, unsigned int size) {
unsigned int i, a;
for (i = 0; i < man->frees; i++) {
if (man->free[i].size >= size) {
a = man->free[i].addr;
man->free[i].size -= size;
if (man->free[i].size == 0) {
man->frees--;
}
return a;
}
}
return 0;
}
int memman_free(struct MEMMAN *man, unsigned int addr, unsigned int size) {
int i, j;
for (i = 0; i < man->frees; i++) {
if (man->free[i].addr > addr) {
break;
}
}
if (i > 0) {
if (man->free[i-1].addr + man->free[i-1].size == addr) {
man->free[i-1].size += size;
if (i < man->frees) {
if (addr + size == man->free[i].addr) {
man->free[i-1].size += man->free[i].size;
man->frees--;
}
}
return 0;
}
}
if (i < man->frees) {
if (addr + size == man->free[i].addr) {
man->free[i].addr = addr;
man->free[i].size += size;
return 0;
}
}
if (man->frees < MEMMAN_FREES) {
for (j = man->frees; j > i; j--) {
man->free[j] = man->free[j-1];
}
man->frees++;
if (man->maxfrees < man->frees) {
man->maxfrees = man->frees;
}
man->free[i].addr = addr;
man->free[i].size = size;
return 0;
}
man->losts++;
man->lostsize += size;
return -1;
}
头三个函数逻辑比较简单，复杂的是内存释放时的处理逻辑。当有内存释放的时候，我们需要把释放内存的起始地址和大小作为参数传入。假定我们要释放的内存片起始地址是 0x200, 大小是0x100, 如果内存管理对象中存在着一片可用内存，起始地址是0x100, 长度为0x100, 那么当前释放的内存片就可以跟原有可用内存合并，合并后的内存块就是起始地址为0x100, 长度为0x200的一片内存块。
如果内存管理对象不但含有起始地址为0x100, 长度为0x100的内存片，而且还含有起始地址为0x300, 长度为0x100的内存片，这样的话，三块内存片就可以合并成一块内存，也就是起始地址为0x100, 长度为0x300的一个大块内存片。
这就是代码if( i > 0) {....} 这个模块的逻辑。
如果不存在上面的情况，比如当前内存管理模块存在的内存块是其实地址为0x100, 长度为0x50, 另一块内存块起始地址是0x350, 长度为0x100：
FREEINFO{ addr : 0x100; size : 0x50;};
FREEINFO{addr: 0x350; size: 0x100};
这样的话，我们就构建一个对应于要释放内存的FREEINFO对象，然后把这个对象插入到上面两个对象之间：
FREEINFO{ addr : 0x100; size : 0x50;};
FREEINFO{addr: 0x200; size: 0x100};
FREEINFO{addr: 0x350; size: 0x100};
这就是对应于if (i < man->frees){...} 这个分支的主要逻辑。
如果当前所有可用内存的起始地址都大于要释放的内存块，则将释放的内存块插到最前面，例如当前可用内存块为：
FREEINOF {addr: 0x300; size: 0x100;}
FREEINFO {addr: 0x450; size: 0x100;}
那么释放起始地址为0x200的内存块后，情况如下：
FREEINFO{addr: 0x200; size: 0x100;}
FREEINOF {addr: 0x300; size: 0x100;}
FREEINFO {addr: 0x450; size: 0x100;}
这就是 if (man->frees < MEMMAN_FREES) {...} 的实现逻辑。
如果以上情况都不满足的话，那么当前回收的内存块则直接丢弃。
一般而言，操作系统的内存算法不可能如此简单，内存分配算法是系统内核最为复杂的模块之一，我们当前先从简单入手，后面在慢慢引入分页机制，实现更复杂的内存管理算法。
由于当前内存管理模块与原来C语言实现的模块是分开的，因此它们需要单独编译，然后再把两个编译好的 .o 文件合并成一个模块，编译过程如下：
1： 先使用命令编译mem_util.c
gcc -m32 -fno-asynchronous-unwind-tables -s -c -o mem_util.o mem_util.c
2: 再使用命令编译原来的C语言模块：
gcc -m32 -fno-asynchronous-unwind-tables -s -c -o write_vga_desktop.o write_vga_desktop.c
3：把两个编译好的模块链接成一个模块：
ld -m elf_i386 -r write_vga_desktop.o mem_util.o -o ckernel.o
4：把ckernel.o 反汇编，然后再添加到内核的汇编模块中一起编译：
./objconv -fnasm ckernel.o ckernel.asm
把上面所以步骤完成后，执行效果如下：
从显示出的信息看，虚拟机总内存是1G, 3FE MB 等于 1022M, 也就是说可用内存为1022M.
有了内存管理机制后，我们后面可以在此基础上，实现图层叠加管理，也就是窗口相互叠加时，互不影响，要实现这种功能，就需要为每个窗口分配相应的内存以便在叠加时能够互不影响。
