Minix 3 内存管理

Minix 3 内存管理

（Minix 3.1.0）

Minix 3 不支持页式存储，进程在整个执行过程中，所占用内存的大小和位置不会变化。
它的内存管理工作，主要是：
1.调用 fork() 创建新进程时，为新进程申请内存；
2.调用 exec() 等更换内存镜像时，释放旧镜像占用的内存，为新镜像申请内存（先释放，后申请）；
3.进程结束（不管是自己退出，还是被杀死）时，释放其所占用的内存；
4.系统初始化时，系统进程申请内存。

下面不考虑系统初始化时的内存管理工作。

在 Minix 3 中，由进程管理器PM管理内存。

Minix 3 中的程序可以被编译为指令和数据不分离的形式，此时一个进程的正文，数据，堆栈共用一块作为一个整体申请或释放的内存；
也可以被编译为指令和数据分离的形式，两部分占用的内存分别管理。

指令和数据分离的好处在于可以通过共享正文来节约内存：
1.当一个进程调用 fork() 来创建新进程时，只需要为新进程的数据和堆栈申请内存，而正文可以共享。
2.当一个进程调用 exec() 等更换内存镜像时，系统进程表会被搜索，以确定需要的正文是否已经由其它进程载入内存，
若已经载入，则该正文被共享，就只需为新镜像的数据和堆栈申请内存。
3.进程结束时，它的数据和堆栈所占用的内存会被释放，而正文所占用的内存，只有在该正文没有被其它进程共享时才会释放。

Minix 3 虽不支持页式存储，但是提供一些用于交换的函数，由文件
/include/minix/config.h 中的宏 ENABLE_SWAP 决定是否编译进系统。

进程管理器PM管理内存的主要数据结构为 struct hole，
见 /servers/pm/alloc.c ：

PRIVATE struct hole {
        struct hole *h_next;   /* pointer to next entry on the list */
        phys_clicks h_base;   /* where does the hole begin? */
        phys_clicks h_len;     /* how big is the hole? */
} hole[ NR_HOLES ];

使用单链表，按内存地址由低到高记录内存块。注意，进程中数据和堆栈间的空隙被认为已经分配给了进程，而不被记录。
链表节点所占用的内存，不是动态申请释放的，而是定义了数组 hole，为链表节点提供内存。

见该文件接下来的定义，
PRIVATE struct hole *hole_head;    /* pointer to first hole */
PRIVATE struct hole *free_slots;     /* ptr to list of unused table slots */

hole_head 一个单链表头指针，此链表用于维护尚未分配的内存块，按内存块地址由低到高记录。
free_slots 一个单链表头指针，此链表用于维护数组 hole 中尚未被 hole_head 使用的节点。

mem_init() 对内存管理的相关数据进行初始化。
文件 /servers/pm/main.c 中的 main() 以适当的参数调用 mem_init() 完成内存管理的初始化。

alloc_mem() 申请内存。
当申请一定大小的内存时，遍历链表 hole_head ，直至找到足够大的内存块，从中剪切出所需大小。
即首次适应算法。

free_mem() 释放内存。
与 alloc_mem() 功能相反，而且释放内存后，还会调用 merge() 合并相邻的内存块。

merge() 合并连续的未分配内存块。
本来连续的内存，经过若干次内存申请与释放后，可能被切成多块，由链表 hole_head 中的多个节点记录，
每次释放内存后调用 merge() 以避免此情况出现。

del_slot() 将一个链表节点从 hole_head 中删除，移入 free_slots 。
因为链表 hole_head 中的节点所占用的内存不是动态申请释放的，而是定义了数组，
需要新节点时，就从数组中取，所以需要一些相关的维护工作。