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# 03 内存管理
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## 目标
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从 boot memory map 建立 kernel 自己的内存模型，提供物理页、虚拟地址和内核堆能力。
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## 前置条件
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- 异常处理可用，尤其是 page fault 路径。
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- early log 和 panic 可用。
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## 建议边界
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- `mm/`：架构无关内存管理。
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- `arch/x86/mm/page_table.c`：页表格式、地址空间切换、TLB 操作和 map/unmap/query 主路径。
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- `arch/x86/mm/fault.c`：page fault 诊断。
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- `arch/x86/mm/page_table.h`：x86 页表子目录私有接口。
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- `kernel/selftest/page_table.c`：页表 map/unmap/query 启动自测。
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- `include/tianole/`：通用内存接口。
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## 实现内容
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- 解析 boot memory map。
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- 归一化可用/保留/固件/内核占用区域。
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- 建立物理页分配器。
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- 建立内核虚拟地址布局。
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- 建立页表 map/unmap 接口。
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- 建立最小内核堆。
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- 为后续匿名页、缺页加载、COW、`mmap`、page cache、换页预留接口。
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## 非玩具化约束
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- 不写死物理内存大小。
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- 不把 UEFI memory type 作为长期内核内存类型。
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- allocator 接口要允许后续替换为 buddy/slab。
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- 小对象分配要允许后续演进到 slab/slub 或等价缓存分配器。
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- 地址空间布局要文档化。
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- 用户地址空间和内核地址空间的边界不能依赖调用方自觉遵守。
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- 不能把 page cache 和匿名页排除在长期模型之外。
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## 验收方式
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- 能分配和释放多个物理页。
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- 能建立和删除虚拟映射。
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- page fault 能输出有效诊断。
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- 内核堆能分配小对象。
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- 后续能在此基础上加入 COW、`mmap`、换页和内存回收。
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## 当前状态
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基础完成：
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- 已从 boot memory map 扫描 conventional memory。
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- 已排除 kernel image、`boot_info` 和 boot memory map 占用页。
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- 已建立最小物理页 free-list allocator。
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- 已提供 `alloc_page()` 和 `free_page()`。
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- 已加入物理页分配/释放 selftest。
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- 已切换到内核自有 PML4，不再直接修改固件页表。
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- 已提供最小 `map_page()`、`unmap_page()` 和 `virt_to_phys()` 接口。
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- 已加入页表 map/unmap/query selftest。
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- 已把 x86 页表 selftest 从 `page_table.c` 移到 `kernel/selftest/page_table.c`，避免页表主路径和启动验证逻辑混在同一目录边界。
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- 已拆出 x86 page fault 诊断路径，能输出 fault address、错误码、访问类型和权限来源。
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- 已建立最小内核堆，提供 `kmalloc()` 和 `kfree()`，底层通过页表按需映射物理页。
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- 已加入内核堆分配、写入、释放、复用 selftest。
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- `scripts/check.sh` 已验证 `physical pages free=`、物理页 selftest、页表根切换、页表 selftest、内核堆 selftest 和 page fault 日志。
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后续扩展：
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- 长期内存区域模型，不直接依赖 UEFI memory type。
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- page metadata。
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- buddy allocator。
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- slab/slub 或等价小对象缓存。
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验收依据：
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- 正常启动日志包含 `physical pages free=`。
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- 正常启动日志包含 `physical page allocator selftest ok`。
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- 正常启动日志包含 `kernel page table root active`。
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- 正常启动日志包含 `page table selftest ok`。
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- 正常启动日志包含 `kernel heap initialized`。
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- 正常启动日志包含 `kernel heap selftest ok`。
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- page fault 测试日志包含 `page fault: address=` 和 `access=write mode=kernel reason=not-present`。
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下一阶段：
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- `03-memory.md` 的最小基础已经闭环。
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- 下一阶段可以进入 timer/scheduler；如果继续打磨内存，则应补 page metadata、buddy allocator 和 slab/slub。
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