【自制操作系统10】内存管理系统
闪客sun 人气:2本章我们要完成初步的内存管理系统，最终简单实现一个从内核内存池中获取 3 页的内存这样一个函数实现。
一、到目前为止的程序流程图
为了让大家清楚目前的程序进度，画了到目前为止的程序流程图，如下。
图中红色部分就是我们本章的代码在全局流程中的位置，下面蓝色部分是将 malloc_page 方法树状拆解开来看。不考虑太多细节，本章就是完成一个可以 从内存中分配指定页数的内存（代码中为 3 页），并将起始地址打印出来。下面我们看看要怎样实现这个功能。
二、先上代码
主要代码
1 #include "print.h"
2 #include "init.h"
3 void main(void){
4 put_str("I am kernel\n");
5 init_all();
6 // 这就是我们今天主要实现的功能，从内核的内存池中申请到 3 页的内存页
7 void* addr = get_kernel_pages(3);
8 put_str("\n get_kernel_pages start vaddr is ");
9 put_int((uint32_t)addr);
10 put_str("\n");
11 while(1);
12 }
1 #include "memory.h"
2 #include "bitmap.h"
3 #include "stdint.h"
4 #include "global.h"
5 #include "print.h"
6 #include "string.h"
7 #include "interrupt.h"
8
9 #define PG_SIZE 4096
10 #define MEM_BITMAP_BASE 0xc009a000
11 #define K_HEAP_START 0xc0100000
12
13 #define PDE_IDX(addr) ((addr & 0xffc00000) >> 22) // 虚拟地址高10位，pde
14 #define PTE_IDX(addr) ((addr & 0x003ff000) >> 12) // 虚拟地址中间10位，pte
15
16 struct pool {
17 struct bitmap pool_bitmap;
18 uint32_t phy_addr_start; //本内存池管理的物理内存起始
19 uint32_t pool_size;
20 };
21
22 struct pool kernel_pool, user_pool;
23 struct virtual_addr kernel_vaddr;
24
25 // 在pf表示的虚拟内存池中申请pg_cnt个虚拟页，成功返回起始地址，失败返回NULL
26 static void* vaddr_get(enum pool_flags pf, uint32_t pg_cnt) {
27 int vaddr_start = 0, bit_idx_start = -1;
28 uint32_t cnt = 0;
29 if (pf == PF_KERNEL) {
30 bit_idx_start = bitmap_scan(&kernel_vaddr.vaddr_bitmap, pg_cnt);
31 if (bit_idx_start == -1) {
32 return NULL;
33 }
34 while(cnt < pg_cnt) {
35 bitmap_set(&kernel_vaddr.vaddr_bitmap, bit_idx_start + cnt++, 1);
36 }
37 vaddr_start = kernel_vaddr.vaddr_start + bit_idx_start * PG_SIZE;
38 } else {
39 // 用户内存池，将来再说
40 }
41 return (void*)vaddr_start;
42 }
43
44 // 得到虚拟地址vaddr对应的pte指针
45 uint32_t* pte_ptr(uint32_t vaddr) {
46 uint32_t* pte = (uint32_t*)(0xffc00000 + ((vaddr & 0xffc00000) >> 10) + PTE_IDX(vaddr) * 4);
47 return pte;
48 }
49
50 // 得到虚拟地址vaddr对应的pde指针
51 uint32_t* pde_ptr(uint32_t vaddr) {
52 uint32_t* pde = (uint32_t*)((0xfffff000) + PDE_IDX(vaddr) * 4);
53 return pde;
54 }
55
56 //在m_pool指向的物理内存池中分配1个物理页
57 static void* palloc(struct pool* m_pool) {
58 //找到一个物理页
59 int bit_idx = bitmap_scan(&m_pool->pool_bitmap, 1);
60 if (bit_idx == -1) {
61 return NULL;
62 }
63 // 将此位置1将
64 bitmap_set(&m_pool->pool_bitmap, bit_idx, 1);
65 uint32_t page_phyaddr = ((bit_idx * PG_SIZE) + m_pool->phy_addr_start);
66 return (void*)page_phyaddr;
67 }
68
69 // 页表中添加虚拟地址_vaddr与物理地址_page_phyaddr的映射
70 static void page_table_add(void* _vaddr, void* _page_phyaddr) {
71 uint32_t vaddr = (uint32_t)_vaddr;
72 uint32_t page_phyaddr = (uint32_t)_page_phyaddr;
73 uint32_t* pde = pde_ptr(vaddr);
74 uint32_t* pte = pte_ptr(vaddr);
75
76 // 判断页目录项的p位，为1表示该表已存在
77 if (*pde & 0x00000001) {
78 if(!(*pte & 0x00000001)) {
79 *pte = (page_phyaddr | PG_US_U | PG_RW_W | PG_P_1);
80 } else {
81 // pte repeat
82 }
83 } else {
84 // 页目录项不存在，先创建页目录项，再创建页表项
85 uint32_t pde_phyaddr = (uint32_t)palloc(&kernel_pool);
86 *pde = (pde_phyaddr | PG_US_U | PG_RW_W | PG_P_1);
87 memset((void*)((int)pte & 0xfffff000), 0, PG_SIZE);
88 *pte = (page_phyaddr | PG_US_U | PG_RW_W | PG_P_1);
89 }
90 }
91
92 // 分配pg_cnt个页空间，成功返回起始虚拟地址，失败返回NULL
93 void* malloc_page(enum pool_flags pf, uint32_t pg_cnt) {
94 // 1 通过 vaddr_get 在虚拟内存池中申请虚拟地址
95 // 2 通过 palloc 在物理内存池中申请物理页
96 // 3 通过 page_table_add 将以上得到的虚拟地址和物理地址在页表中完成映射
97 void* vaddr_start = vaddr_get(pf, pg_cnt);
98 if (vaddr_start == NULL) {
99 return NULL;
100 }
101
102 uint32_t vaddr = (uint32_t)vaddr_start;
103 uint32_t cnt = pg_cnt;
104 struct pool* mem_pool = pf & PF_KERNEL ? &kernel_pool : &user_pool;
105
106 // 虚拟地址和物理地址逐个映射
107 while (cnt-- > 0) {
108 void* page_phyaddr = palloc(mem_pool);
109 if (page_phyaddr == NULL) {
110 return NULL;
111 }
112 page_table_add((void*)vaddr, page_phyaddr);
113 vaddr += PG_SIZE;
114 }
115 return vaddr_start;
116 }
117
118 // 从内核物理内存池中申请1页内存，成功返回虚拟地址，失败NULL
119 void* get_kernel_pages(uint32_t pg_cnt) {
120 void* vaddr = malloc_page(PF_KERNEL, pg_cnt);
121 if (vaddr != NULL) {
122 memset(vaddr, 0, pg_cnt * PG_SIZE);
123 }
124 return vaddr;
125 }
126
127 // 初始化内存池
128 static void mem_pool_init(uint32_t all_mem) {
129 put_str(" mem_pool_init start\n");
130 uint32_t page_table_size = PG_SIZE * 256;
131 uint32_t used_mem = page_table_size + 0x100000; // 低端1M内存 + 页表大小
132 uint32_t free_mem = all_mem - used_mem;
133 uint16_t all_free_pages = free_mem / PG_SIZE;
134
135 uint16_t kernel_free_pages = all_free_pages / 2; // 用户和内核各分一半的可用内存
136 uint16_t user_free_pages = all_free_pages - kernel_free_pages;
137 uint32_t kbm_length = kernel_free_pages / 8;
138 uint32_t ubm_length = user_free_pages / 8;
139 uint32_t kp_start = used_mem; // 内核内存池起始
140 uint32_t up_start = kp_start + kernel_free_pages * PG_SIZE;
141
142 kernel_pool.phy_addr_start = kp_start;
143 user_pool.phy_addr_start = up_start;
144
145 kernel_pool.pool_size = kernel_free_pages * PG_SIZE;
146 user_pool.pool_size = user_free_pages * PG_SIZE;
147
148 kernel_pool.pool_bitmap.btmp_bytes_len = kbm_length;
149 user_pool.pool_bitmap.btmp_bytes_len = ubm_length;
150
151 kernel_pool.pool_bitmap.bits = (void*)MEM_BITMAP_BASE;
152 user_pool.pool_bitmap.bits = (void*)(MEM_BITMAP_BASE + kbm_length);
153
154 // 输出内存池信息
155 put_str(" kernel_pool_bitmap_start:");
156 put_int((int)kernel_pool.pool_bitmap.bits);
157 put_str(" kernel_pool_phy_addr_start:");
158 put_int(kernel_pool.phy_addr_start);
159 put_str("\n");
160 put_str("user_pool_bitmap_start:");
161 put_int((int)user_pool.pool_bitmap.bits);
162 put_str(" user_pool_phy_addr_start:");
163 put_int(user_pool.phy_addr_start);
164 put_str("\n");
165
166 // 将位图直0
167 bitmap_init(&kernel_pool.pool_bitmap);
168 bitmap_init(&user_pool.pool_bitmap);
169
170 // 初始化内核虚拟地址位图
171 kernel_vaddr.vaddr_bitmap.btmp_bytes_len = kbm_length;
172 kernel_vaddr.vaddr_bitmap.bits = (void*)(MEM_BITMAP_BASE + kbm_length + ubm_length);
173 kernel_vaddr.vaddr_start = K_HEAP_START;
174 bitmap_init(&kernel_vaddr.vaddr_bitmap);
175 put_str(" mem_pool_init done\n");
176 }
177
178 // 初始化内存
179 void mem_init() {
180 put_str("mem_init start\n");
181 //uint32_t mem_bytes_total = (*(uint32_t*)(0xb00));
182 uint32_t mem_bytes_total = 32 * 1024 * 1024;
183 mem_pool_init(mem_bytes_total);
184 put_str("mem_init done\n");
185 }
1 #include "bitmap.h"
2 #include "stdint.h"
3 #include "string.h"
4 #include "print.h"
5 #include "interrupt.h"
6
7 // 位图初始化，把每一位都设置为0
8 void bitmap_init(struct bitmap* btmp) {
9 memset(btmp->bits, 0, btmp->btmp_bytes_len);
10 }
11
12 // 判断bit_idx位是否为1，若为1，则返回true
13 bool bitmap_scan_test(struct bitmap* btmp, uint32_t bit_idx) {
14 uint32_t byte_idx = bit_idx / 8;
15 uint32_t bit_odd = bit_idx % 8;
16 return (btmp->bits[byte_idx] & (1 << bit_odd));
17 }
18
19 // 在位图中申请连续cnt个位，成功则返回起始位下标，失败返回-1
20 int bitmap_scan(struct bitmap* btmp, uint32_t cnt) {
21 uint32_t idx_byte = 0;
22 // 逐个字节比较
23 while((0xff == btmp->bits[idx_byte]) && (idx_byte < btmp->btmp_bytes_len)) {
24 idx_byte++;
25 }
26 //未找到空闲位，返回-1
27 if(idx_byte == btmp->btmp_bytes_len) {
28 return -1;
29 }
30 // 某字节中找到了空闲位
31 int idx_bit = 0;
32 while((uint8_t)(1 << idx_bit) & btmp->bits[idx_byte]) {
33 idx_bit++;
34 }
35 int bit_idx_start = idx_byte * 8 + idx_bit;
36 // 只需要1位直接返回
37 if (cnt == 1) {
38 return bit_idx_start;
39 }
40 // 需要多于1位，还得继续判断
41 uint32_t bit_left = (btmp->btmp_bytes_len * 8 - bit_idx_start);
42 uint32_t next_bit = bit_idx_start + 1;
43 uint32_t count = 1; // 已找到的空闲位
44
45 bit_idx_start = -1;
46 while(bit_left-- > 0) {
47 if(!(bitmap_scan_test(btmp, next_bit))) {
48 count++;
49 } else {
50 count = 0;
51 }
52 // 找到连续的cnt个空位
53 if(count == cnt) {
54 bit_idx_start = next_bit - cnt + 1;
55 break;
56 }
57 next_bit++;
58 }
59 return bit_idx_start;
60 }
61
62 // 将位图btmp的bit_idx位设置为value
63 void bitmap_set(struct bitmap* btmp, uint32_t bit_idx, int8_t value) {
64 uint32_t byte_idx = bit_idx / 8;
65 uint32_t bit_odd = bit_idx % 8;
66
67 if(value) {
68 // value为1
69 btmp->bits[byte_idx] |= (1 << bit_odd);
70 } else {
71 btmp->bits[byte_idx] &= ~(1 << bit_odd);
72 }
73 }
头文件及其他
1 mbr.bin: mbr.asm 2 nasm -I include/ -o out/mbr.bin mbr.asm -l out/mbr.lst 3 4 loader.bin: loader.asm 5 nasm -I include/ -o out/loader.bin loader.asm -l out/loader.lst 6 7 kernel.bin: kernel/main.c 8 gcc -I lib/kernel/ -I lib/ -I kernel/ -c -fno-builtin -o out/main.o kernel/main.c 9 nasm -f elf -o out/print.o lib/kernel/print.asm -l out/print.lst 10 nasm -f elf -o out/kernel.o kernel/kernel.asm -l out/kernel.lst 11 gcc -I lib/kernel/ -I lib/ -I kernel/ -c -fno-builtin -o out/string.o lib/string.c 12 gcc -I lib/kernel/ -I lib/ -I kernel/ -c -fno-builtin -o out/interrupt.o kernel/interrupt.c 13 gcc -I lib/kernel/ -I lib/ -I kernel/ -c -fno-builtin -o out/init.o kernel/init.c 14 gcc -I lib/kernel/ -I lib/ -I kernel/ -c -fno-builtin -o out/bitmap.o kernel/bitmap.c 15 gcc -I lib/kernel/ -I lib/ -I kernel/ -c -fno-builtin -o out/memory.o kernel/memory.c 16 ld -Ttext 0xc0001500 -e main -o out/kernel.bin out/main.o out/init.o out/interrupt.o out/print.o out/kernel.o out/memory.o out/bitmap.o out/string.o 17 18 os.raw: mbr.bin loader.bin kernel.bin 19 ../bochs/bin/bximage -hd -mode="flat" -size=60 -q target/os.raw 20 dd if=out/mbr.bin of=target/os.raw bs=512 count=1 21 dd if=out/loader.bin of=target/os.raw bs=512 count=4 seek=2 22 dd if=out/kernel.bin of=target/os.raw bs=512 count=200 seek=9 23 24 run: 25 make install 26 make only-qemu-run 27 28 brun: 29 make install 30 make only-bochs-run 31 32 bdrun: 33 make install 34 make only-bochsdbg-run 35 36 only-qemu-run: 37 qemu-system-i386 -m 512 target/os.raw 38 39 only-bochs-run: 40 ../bochs/bin/bochs -f ../bochs/bochsrc.disk -q 41 42 only-bochsdbg-run: 43 ../bochs/bin/bochs -f ../bochs/bochsrc.disk -q 44 45 only-run-s: 46 qemu-system-i386 -s -S -m 512 target/os.raw --nographic 47 48 install: 49 make clean 50 make -r os.raw 51 52 clean: 53 rm -rf target/* 54 rm -rf out/* 55 rm -rf os.raw 56 rm -rf os.raw.lock 57 rm -rf bochs.out
1 #ifndef __KERNEL_MEMORY_H
2 #define __KERNEL_MEMORY_H
3 #include "stdint.h"
4 #include "bitmap.h"
5
6 enum pool_flags {
7 PF_KERNEL = 1, // 内核内存池
8 PF_USER = 2 // 用户内存池
9 };
10
11 #define PG_P_1 1 // 页表项或页目录项存在属性位
12 #define PG_P_0 0 // 页表项或页目录项存在属性位
13 #define PG_RW_R 0 // R/W 属性位值, 读/执行
14 #define PG_RW_W 2 // R/W 属性位值, 读/写/执行
15 #define PG_US_S 0 // U/S 属性位值, 系统级
16 #define PG_US_U 4 // U/S 属性位值, 用户级
17
18 // 虚拟地址池，用于虚拟地址管理
19 struct virtual_addr {
20 struct bitmap vaddr_bitmap;
21 uint32_t vaddr_start;
22 };
23
24 extern struct pool kernel_pool, user_pool;
25 void mem_init(void);
26 #endif
1 #ifndef __LIB_KERNEL_BITMAP_H
2 #define __LIB_KERNEL_BITMAP_H
3 #include "global.h"
4 #define BITMAP_MASK 1
5 struct bitmap {
6 uint32_t btmp_bytes_len;
7 // 在遍历位图时，整体上以字节为单位，细节上是以位为单位，所以此处位图的指针必须是单字节
8 uint8_t* bits;
9 };
10
11 void bitmap_init(struct bitmap* btmp);
12 bool bitmap_scan_test(struct bitmap* btmp, uint32_t bit_idx);
13 int bitmap_scan(struct bitmap* btmp, uint32_t cnt);
14 void bitmap_set(struct bitmap* btmp, uint32_t bit_idx, int8_t value);
15 #endif
三、代码解读
整段代码起始就做了两件事
- 初始化内存池，包括内核内存池与用户内存池。每个内存池分别有 物理的（kernel_pool、user_pool）和 虚拟的（kernel_vaddr、user_vaddr）两种，管理方式是通过 bitmap 这种数据结构实现的
- 实现申请内存函数，本章仅实现了 get_kernel_pages，即从内核物理内存池中申请1页内存，成功返回虚拟地址，失败NULL
我把上面两件事画在了一张图里，左边展示了我们的内存布局，以及一些关键的数据结构 bitmap 在内存中的位置。右边是最终实现的函数 get_kernel_pages 要做的三件事，即
- vaddr_get，从虚拟地址中获取连续可用内存
- palloc，从物理内存池中一个个获取可用的物理内存页
- page_table_add，通过上面的虚拟地址和物理地址，建立页表
下面我们把每一个关键部分拿出来讲解，并附上关键代码。
初始化内存池
内存池是实现申请内存函数的基础，主要目的就是管理一段内存，说明哪块内存被占用了，哪块内存是空闲的。管理这些内存占用情况的数据结构，用的是 bitmap，每一个比特对应着一块 4K 的内存。
内存池一共分为四个，内核的物理地址内存池、用户的物理地址内存池、内核的虚拟地址内存池、用户的虚拟地址内存池。
管理物理地址的内存池的结构为 pool，两个内存池变量为 kernel_pool，user_pool
struct pool {
struct bitmap pool_bitmap;
uint32_t phy_addr_start; //本内存池管理的物理内存起始
uint32_t pool_size;
};
管理虚拟地址的内存池的结构为 virtual_addr，两个内存池变量本章我们只实现了一个 kernel_vaddr
struct virtual_addr {
struct bitmap vaddr_bitmap;
uint32_t vaddr_start; //本内存池管理的虚拟内存起始
};
两个结构只是物理内存池结构比虚拟内存池结构多了一个 pool_size，因为物理地址是有限的，而虚拟地址可以相对来说是无限的。
mem_pool_init 函数就是将这两个结构的三个内存池变量赋好值，代码一目了然，各个值就是上述内存图中所表现的，就不展开叙述了。
申请内存函数 get_kernel_pages 实现
该函数先是从虚拟内存池中获取指定页数的连续内存（vaddr_get），获取到之后，再循环调用从物理内存池中获取一页一页的物理内存（palloc），每获取到一个物理内存，就将虚拟内存与物理内存的映射关系加入到页表（page_table_add）。
先看 vaddr_get 函数
1 static void* vaddr_get(enum pool_flags pf, uint32_t pg_cnt) {
2 int vaddr_start = 0, bit_idx_start = -1;
3 uint32_t cnt = 0;
4 if (pf == PF_KERNEL) {
5 bit_idx_start = bitmap_scan(&kernel_vaddr.vaddr_bitmap, pg_cnt);
6 if (bit_idx_start == -1) {
7 return NULL;
8 }
9 while(cnt < pg_cnt) {
10 bitmap_set(&kernel_vaddr.vaddr_bitmap, bit_idx_start + cnt++, 1);
11 }
12 vaddr_start = kernel_vaddr.vaddr_start + bit_idx_start * PG_SIZE;
13 } else {
14 // 用户内存池，将来再说
15 }
16 return (void*)vaddr_start;
17 }
该函数如果不考虑 bitmap 底层实现，则非常容易理解，就是利用 bitmap 的数据结构， 调用 bitmap_scan 搜索出一片连续的内存，再调用 bitmap_set 将申请到的内存位图部分设置为 1（已用），最后通过公式
vaddr_start = kernel_vaddr.vaddr_start + bit_idx_start * PG_SIZE;
得出 所获得的虚拟地址的起始的虚拟内存地址（好绕哈哈）
再看 palloc 函数
1 //在m_pool指向的物理内存池中分配1个物理页
2 static void* palloc(struct pool* m_pool) {
3 //找到一个物理页
4 int bit_idx = bitmap_scan(&m_pool->pool_bitmap, 1);
5 if (bit_idx == -1) {
6 return NULL;
7 }
8 // 将此位置1将
9 bitmap_set(&m_pool->pool_bitmap, bit_idx, 1);
10 uint32_t page_phyaddr = ((bit_idx * PG_SIZE) + m_pool->phy_addr_start);
11 return (void*)page_phyaddr;
12 }
不多说了，跟上面的函数其实是一模一样的，只不过是获得一个物理页而不是多个，最终返回了 所获得的物理地址的起始的物理地址。
最后看 page_table_add 函数
1 // 页表中添加虚拟地址_vaddr与物理地址_page_phyaddr的映射
2 static void page_table_add(void* _vaddr, void* _page_phyaddr) {
3 uint32_t vaddr = (uint32_t)_vaddr;
4 uint32_t page_phyaddr = (uint32_t)_page_phyaddr;
5 uint32_t* pde = pde_ptr(vaddr);
6 uint32_t* pte = pte_ptr(vaddr);
7
8 // 判断页目录项的p位，为1表示该表已存在
9 if (*pde & 0x00000001) {
10 if(!(*pte & 0x00000001)) {
11 *pte = (page_phyaddr | PG_US_U | PG_RW_W | PG_P_1);
12 } else {
13 // pte repeat
14 }
15 } else {
16 // 页目录项不存在，先创建页目录项，再创建页表项
17 uint32_t pde_phyaddr = (uint32_t)palloc(&kernel_pool);
18 *pde = (pde_phyaddr | PG_US_U | PG_RW_W | PG_P_1);
19 memset((void*)((int)pte & 0xfffff000), 0, PG_SIZE);
20 *pte = (page_phyaddr | PG_US_U | PG_RW_W | PG_P_1);
21 }
22 }
该函数也很好理解，前面两个函数已经获得了一个个的虚拟内存，并且也获得了一个个的物理内存，这两个值作为入参进入本函数，最终创建了一个个的页目录项（如果没有），和一个个的页表项。
简单说最重要的就是后面画黄线的两条赋值语句
*pde = (pde_phyaddr | PG_US_U | PG_RW_W | PG_P_1);
*pte = (page_phyaddr | PG_US_U | PG_RW_W | PG_P_1);
最终我们的 main 函数里是申请了 3 页的内存空间，所以 page_table_add 这个函数也会被调用三次，我把这三次的关键值都打了出来
| vaddr | page_phyaddr | 创建页目录项 | *pde | *pte | pde_value | pte_value | |
| 第一次 | C0100000 | 200000 | 否 | 0xFFFFFC00 | 0xFFF00400 | 已有页目录项，无需 | 200007 |
| 第二次 | C0101000 | 201000 | 否 | 0xFFFFFC00 | 0xFFF00404 | 已有页目录项，无需 | 201007 |
| 第三次 | C0102000 | 202000 | 否 | 0xFFFFFC00 | 0xFFF00408 | 已有页目录项，无需 | 202007 |
拿第一次举例，本函数就是要将虚拟地址 C0100000 和物理地址 200000 通过页表建立关系，通过页表创建关系要算出四个值
- 需要赋值的页目录项地址 *pde
- 需要给该页目录项赋的实际值 pde_value
- 需要赋值的页表项地址 *pte
- 需要给改页表项赋的实际值 pte_value
其中 2 和 4 的值好说，由于已经存在页目录项，所以页目录项赋值这一步就省略了。然后页表项赋的值，就是最终要映射的物理地址的值的高 20 位以及需要的属性，也就是 200007。关于这块有疑问的，可以回顾一下【自制操作系统05】开启内存分页机制，在这里我只把关键的页表图贴出来。
页目录项和页表项结构
我们已经赋值的页目录表和页表
虚拟地址到物理地址的转换
对于 1 和 3，也就是需要赋值的页目录项和页表项的地址，我觉得是不太好读懂的代码
1 // 得到虚拟地址vaddr对应的pte指针
2 uint32_t* pte_ptr(uint32_t vaddr) {
3 uint32_t* pte = (uint32_t*)(0xffc00000 + ((vaddr & 0xffc00000) >> 10) + PTE_IDX(vaddr) * 4);
4 return pte;
5 }
6
7 // 得到虚拟地址vaddr对应的pde指针
8 uint32_t* pde_ptr(uint32_t vaddr) {
9 uint32_t* pde = (uint32_t*)((0xfffff000) + PDE_IDX(vaddr) * 4);
10 return pde;
11 }
但我们先倒推一下还是很好理解的，还是拿第一次的数据距离，页目录项地址 *pde = 0xFFFFFC00，页表项地址 *pte = 0xFFF00400。首先你要明确的是，这是虚拟地址，通过我们之前总结出的也表映射关系
0x00000000-0x000fffff -> 0x000000000000-0x0000000fffff
0xc0000000-0xc00fffff -> 0x000000000000-0x0000000fffff
0xffc00000-0xffc00fff -> 0x000000101000-0x000000101fff
0xfff00000-0xffffefff -> 0x000000101000-0x0000001fffff
0xfffff000-0xffffffff -> 0x000000100000-0x000000100fff
可以得出它们对应的物理地址分别是 *pde = 0x100C00，*pte = 0x101400。再把第二次和第三次都算出来，在页表图中的表现就是：
在已存在的页目录项 0x100C00 中，添加三个页表项，分别指向需要映射的物理地址。如下！
从结果上看，感觉正是我们所需要的，在原有页表基础上，往下找位置插入而已。
插入好新页表项后，页表映射关系变成了下面这样，红色为新增。很好理解，因为第 0 个和第 768 个页目录项都对应着第一个页表，我们在第一个页表中添加了三个（连续的就被合并成一个映射关系展示了）页表项目，所以自然就多了两处地址映射关系
0x00000000-0x000fffff -> 0x000000000000-0x0000000fffff
0x00100000-0x00102fff -> 0x000000200000-0x000000202fff
0xc0000000-0xc00fffff -> 0x000000000000-0x0000000fffff
0xc0100000-0xc0102fff -> 0x000000200000-0x000000202fff
0xffc00000-0xffc00fff -> 0x000000101000-0x000000101fff
0xfff00000-0xffffefff -> 0x000000101000-0x0000001fffff
0xfffff000-0xffffffff -> 0x000000100000-0x000000100fff
倒推之后，再来品一品这个代码，这也解决了我们之前所说的，如何通过一个虚拟地址，找到它所在的页目录表和页表。思路我们通过这个 vaddr，能推出页目录项和页表项的物理地址。拿页目录项的物理地址来说，我们需要拼凑出一个页目录项的虚拟地址，让其可以访问到此页目录项的物理地址，涉及到了一些奇怪的技巧。我这里不想展开说这段代码了，只要知道就好，想起来真的很烧脑。
1 // 得到虚拟地址vaddr对应的pte指针
2 uint32_t* pte_ptr(uint32_t vaddr) {
3 uint32_t* pte = (uint32_t*)(0xffc00000 + ((vaddr & 0xffc00000) >> 10) + PTE_IDX(vaddr) * 4);
4 return pte;
5 }
6
7 // 得到虚拟地址vaddr对应的pde指针
8 uint32_t* pde_ptr(uint32_t vaddr) {
9 uint32_t* pde = (uint32_t*)((0xfffff000) + PDE_IDX(vaddr) * 4);
10 return pde;
11 }
四、运行
我们看到，我们成功调用函数，获取了 3 个内核的内存页，起始地址为 C0100000
写在最后：开源项目和课程规划
如果你对自制一个操作系统感兴趣，不妨跟随这个系列课程看下去，甚至加入我们，一起来开发。
参考书籍
《操作系统真相还原》这本书真的赞！强烈推荐
项目开源
项目开源地址：https://gitee.com/sunym1993/flashos
当你看到该文章时，代码可能已经比文章中的又多写了一些部分了。你可以通过提交记录历史来查看历史的代码，我会慢慢梳理提交历史以及项目说明文档，争取给每一课都准备一个可执行的代码。当然文章中的代码也是全的，采用复制粘贴的方式也是完全可以的。
如果你有兴趣加入这个自制操作系统的大军，也可以在留言区留下您的联系方式，或者在 gitee 私信我您的联系方式。
课程规划
本课程打算出系列课程，我写到哪觉得可以写成一篇文章了就写出来分享给大家，最终会完成一个功能全面的操作系统，我觉得这是最好的学习操作系统的方式了。所以中间遇到的各种坎也会写进去，如果你能持续跟进，跟着我一块写，必然会有很好的收货。即使没有，交个朋友也是好的哈哈。
目前的系列包括
- 【自制操作系统01】硬核讲解计算机的启动过程
- 【自制操作系统02】环境准备与启动区实现
- 【自制操作系统03】读取硬盘中的数据
- 【自制操作系统04】从实模式到保护模式
- 【自制操作系统05】开启内存分页机制
- 【自制操作系统06】终于开始用 C 语言了，第一行内核代码！
- 【自制操作系统07】深入浅出特权级
- 【自制操作系统08】中断
- 【自制操作系统09】中断的代码实现
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