操作系统实践之路——六、内存（1.如何划分与组织内存？）

前言
本章开始进行内存方面内容的讲解，本章主要讲解是如何划分与组织内存的。

1.分段还是分页来划分内存？

从内存管理角度分析

第一点，从表示方式和状态确定角度考虑。 段的长度大小不一，用什么数据结构表示一个段，如何确定一个段已经分配还是空闲呢？而页的大小固定，我们只需用位图就能表示页的分配与释放。

比方说，位图中第 1 位为 1，表示第一个页已经分配；位图中第 2 位为 0，表示第二个页是空闲，每个页的开始地址和大小都是固定的。

第二点，从内存碎片的利用看。 由于段的长度大小不一，更容易产生内存碎片。段与段之间存在着不大不小的空闲空间，内存总的空闲空间很多，但是放不下一个新段。

而页的大小固定，分配最小单位是页，页也会产生碎片，比如我需要请求分配 4 个页，但在内存中从第 1～3 个页是空闲的，第 4 个页是分配出去了，第 5 个页是空闲的。这种情况下，我们通过修改页表的方式，就能让连续的虚拟页面映射到非连续的物理页面。

第三点，从内存和硬盘的数据交换效率考虑， 当内存不足时，操作系统希望把内存中的一部分数据写回硬盘，来释放内存。这就涉及到内存和硬盘交换数据，交换单位是段还是页？

如果是段的话，其大小不一，A 段有 50MB，B 段有 1KB，A、B 段写回硬盘的时间也不同，有的段需要时间长，有的段需要时间短，硬盘的空间分配也会有上面第二点同样的问题，这样会导致系统性能抖动。如果每次交换一个页，则没有这些问题。

还有最后一点，段最大的问题是使得虚拟内存地址空间，难于实施。

综上，我们自然选择分页模式来管理内存，其实现在所有的商用操作系统都使用了分页模式管理内存。我们用 4KB 作为页大小，这也正好对应 x86 CPU 长模式下 MMU 4KB 的分页方式。

首先是把物理内存空间分成 4KB 大小页，这页表示从地址 x 开始到 x+0xFFF 这一段的物理内存空间，x 必须是 0x1000 对齐的。这一段 x+0xFFF 的内存空间，称为内存页。

真正的物理内存空间布局信息来源于 e820map_t 结构数组，之前的初始化中，我们已经将其转换成 phymmarge_t 结构数组了，由 kmachbsp->mb_e820expadr 指向。

我们需要页的状态、页的地址、页的分配记数、页的类型、页的链表，你自然就会想到，这些信息可以用一个 C 语言结构体封装起来。

//内存空间地址描述符标志
typedef struct s_MSADFLGS
{
   
    u32_t mf_olkty:2;    //挂入链表的类型
    u32_t mf_lstty