operating-system - 多个堆栈和堆放在虚拟内存中的什么位置？

Question

我正在编写一个内核并且需要(并且想要)将多个堆栈和堆放入虚拟内存中，但是我不知道如何有效地放置它们。普通程序是如何做到的？

堆栈和堆如何(或在哪里)放置到 32 位系统提供的有限虚拟内存中，以便它们具有尽可能多的增长空间？

例如，当一个简单的程序被加载到内存中时，其地址空间的布局可能如下所示:

[  Code  Data  BSS  Heap->  ...  <-Stack  ]

在这种情况下，堆可以增长到虚拟内存允许的大小(例如，直到堆栈)，我相信这就是堆对大多数程序的工作方式。没有预定义的上限。

许多程序都有共享库，这些库位于虚拟地址空间的某个位置。
然后是具有多个堆栈的多线程程序，每个线程一个。 .NET 程序有 multiple heaps ，所有这些都必须能够以一种或另一种方式发展。

如果不对所有堆和堆栈的大小设置预定义的限制，我只是看不出这是如何合理有效地完成的。

Answer 1

我假设您已经完成了内核中的基础知识，一个用于页面错误的陷阱处理程序，可以将虚拟内存页面映射到 RAM。下一个级别，您需要一个虚拟内存地址空间管理器，用户模式代码可以从中请求地址空间。选择一个防止过度碎片化的段粒度，64KB(16 页)是一个不错的数字。允许用户模式代码保留空间和提交空间。一个 4GB/64KB = 64K x 2 位的简单位图用于跟踪段状态即可完成工作。页错误陷阱处理程序还需要查阅此位图以了解页请求是否有效。

堆栈是固定大小的 VM 分配，通常为 1 兆字节。一个线程通常只需要其中的几页，具体取决于函数嵌套级别，因此保留 1MB 并仅提交前几页。当线程嵌套得更深时，它会触发一个页面错误，内核可以简单地将额外的页面映射到 RAM 以允许线程继续运行。您需要将底部的几页标记为特殊页面，当线程页面错误时，您可以声明该网站的名称。

堆管理器最重要的工作是防止碎片化。最好的方法是创建一个后备列表，按大小对堆请求进行分区。小于 8 个字节的所有内容都来自第一个段列表。从第二个到 8 到 16，从第三个到 16 到 32，等等。随着你的上升，增加桶的大小。您必须调整铲斗尺寸以获得最佳平衡。非常大的分配直接来自 VM 地址管理器。

第一次命中后备列表中的条目时，您分配一个新的 VM 段。您可以使用链表将该段分割为更小的块。当这种分配被释放时，您将该块添加到空闲块列表中。无论程序请求如何，所有块都具有相同的大小，因此不会有任何碎片。当该段被完全使用并且没有空闲块可用时，您分配一个新段。当一个段只包含空闲块时，您可以将它返回给 VM 管理器。

此方案允许您创建任意数量的堆栈和堆。