rCore的内存管理
先来一点
rust相关。
ref关键字赋值语句中左边的
ref关键字等价于右边的&符号。let c = 'Q'; let ref ref_c1 = c; let ref_c2 = &c;再和
mut结合变成可引用变量。let c = 1; let ref mut ref_c1 = c; *c = 2;
iter()vsiter_mut()vsinto_iter()
iter()：借用迭代器。iter_mut()：借用可变迭代器。into_iter()：获取迭代器。
rust智能指针/容器以及其他类型的内存布局
rust格式化字符串使用
{:?}和{:#?}进行优美地输出，前者是行输出，后者是列输出。字符串填充方法如下（默认左对齐）：
fn main() { //----------------------------------- // 以下全部输出 "Hello x !" // 为"x"后面填充空格，补齐宽度5 println!("Hello {:5}!", "x"); // 使用参数5来指定宽度 println!("Hello {:1$}!", "x", 5); // 使用x作为占位符输出内容，同时使用5作为宽度 println!("Hello {1:0$}!", 5, "x"); // 使用有名称的参数作为宽度 println!("Hello {:width$}!", "x", width = 5); //----------------------------------- // 使用参数5为参数x指定宽度，同时在结尾输出参数5 => Hello x !5 println!("Hello {:1$}!{}", "x", 5); }数字填充方法如下（默认右对齐）：
fn main() { // 宽度是5 => Hello 5! println!("Hello {:5}!", 5); // 显式的输出正号 => Hello +5! println!("Hello {:+}!", 5); // 宽度5，使用0进行填充 => Hello 00005! println!("Hello {:05}!", 5); // 负号也要占用一位宽度 => Hello -0005! println!("Hello {:05}!", -5); }对齐方法如下：
fn main() { // 以下全部都会补齐5个字符的长度 // 左对齐 => Hello x ! println!("Hello {:<5}!", "x"); // 右对齐 => Hello x! println!("Hello {:>5}!", "x"); // 居中对齐 => Hello x ! println!("Hello {:^5}!", "x"); // 对齐并使用指定符号填充 => Hello x&&&&! // 指定符号填充的前提条件是必须有对齐字符 println!("Hello {:&<5}!", "x"); }进制方法如下：
fn main() { // 二进制 => 0b11011! println!("{:#b}!", 27); // 八进制 => 0o33! println!("{:#o}!", 27); // 十进制 => 27! println!("{}!", 27); // 小写十六进制 => 0x1b! println!("{:#x}!", 27); // 大写十六进制 => 0x1B! println!("{:#X}!", 27); // 不带前缀的十六进制 => 1b! println!("{:x}!", 27); // 使用0填充二进制，宽度为10 => 0b00011011! println!("{:#010b}!", 27); }
rust操作符重载假设我们有一个结构体为
Foo，内部有一个变量称之为val: usize。正常情况下我们不可以对Foo进行加一操作，但是我们可以使用core::ops对加号进行重载。具体的实现方法如下：struct Foo { val: usize, } impl ops::Addfor Foo { type Output = Self; fn add(self, rhs: usize) -> Self { Self { self.val + rhs } } }
堆分配
使用了rCore自己实现的buddy_system_allocator来管理堆空间。使用伙伴系统算法实现，后期可以学习一下源码。这里先直接使用了。当使用rust的只能指针/容器的时候，会自动调用这些堆分配的方法，不用向C语言的malloc以及free函数显式分配。
帧分配
rCore内存管理的关键部分了，方式是维护一个可用内存的空间范围，加上一个回收空间列表。相比之下，xv6直接维护的是一个空闲空间链表，做法会暴力一些。
rCore分配空间的方式是，尽量从回收列表中拿取空间，不能满足的时候，调整可用内存空间的范围，分配一个空闲空间。大多数情况下，请求分配都是小空间，基本能从回收列表中满足。这样实现，不仅分配空间开销小，也不像xv6需要占用大量固定的内存空间。
rCore没有限制Allocator的算法实现方式，任何实现了allocator接口的分配器都可以被rCore使用，利用了面向对象编程的思想。
rCore为每个物理帧使用了Tracker。Tracker使用了Drop, Deref等派生属性。这样当物理帧的生命周期结束之后，就可以自动地被释放。这种做法借鉴了C++的RAII思想。
什么是
RAII？
RAII(Resourse Acquisition Is Initialization)，资源获取即初始化，是C++语言的一种管理资源、避免泄漏的惯用法。C++标准保证任何情况下，已构造的对象最终会销毁，即它的析构函数最终会被调用。简单的说，RAII 的做法是使用一个对象，在其构造时获取资源，在对象生命期控制对资源的访问使之始终保持有效，最后在对象析构的时候释放资源。
MemorySet
在学习
MemorySet之前，先看看rust如何自己创建迭代器。（因为VPNRange用到了）
- 首先，需要声明一个迭代器信息的结构体，记录当前迭代的位置以及结束的位置。为这个结构体实现迭代器的
next方法。- 为原来的结构体容器实现一个
IntoIterator的方法，将其转换为一个迭代器。
MemorySet中包含了两个属性，page_table以及map_area。MapArea又有4个属性，分别是vpn_range，data_frame，map_type和map_perm。
在page_table中记录了所有页表节点所在的物理也帧。map_area下则记录了每一个分配的连续虚拟内存的信息，包括分配的虚拟内存的范围，分配的帧信息，映射类型（是直接映射，还是非直接映射）以及映射权限（可读可写可执行，是否为用户空间）。
内核和每个用户进程都会有一个MemorySet来记录内存分配信息。
PageTable
PageTable由两个属性构成：root_ppn以及frame。root_ppn记录了跟页表的物理页号，后面也可以直接使用这个值来生成satp的值。frame里存放了为这个页表分配的所有的物理页帧，目的也是为了使用rust的特性对分配的页帧自动资源管理。
MemArea
MemArea由4个属性构成：vpn_range、data_frame、map_type以及map_perm。vpn_range表示对该连续的虚拟内存空间的范围；data_frame使用了一个是B树数据结构BTreeMap，存储了每个虚拟地址对应的物理页帧。跟页表一样，为了使用rust自动管理资源的特性。map_type和map_perm分别表示该虚拟内存段映射的方式以及权限。
什么是B树？
B树是一个平衡多路查找树，数据库的索引技术里大量使用着B树以及B+树。
在B树中，定义了一个$M$值。定义$D(u)$表示$u$节点的字节点数。B树规定，$D(u) > 1$且$D(u) \le M$，$u$属于非叶子节点。
实际的例子：
在B树的插入和删除中，如果非叶节点的的子节点数不满足上述$M$所需要的要求的时候，就会对节点进行分裂或者是组合。所以，B树一开始的时候并不是树状。
什么是B+树？
B树的非叶子节点是可以保存具体的数据的，这导致了每个数据的检索时间并不相同。B+树的非叶子节点不保存具体的数据，而只保存关键字的索引，从而所有的数据最终都会保存到叶子节点。正因为所有数据都保存到叶子节点，每个数据查询的次数都一样，查询效率稳定。
总结，每一个进程的内存都是由PageTable以及多个连续的虚拟内存空间MemArea构成。
内核地址空间
在MemorySet中，实现了一个new_kernel函数，用于建立一个内核的地址空间。
在这里，我们先建立内核低地址段的映射，低地址段的地址空间图入下：
其中，KERNEL_BASE_ADDRESS为0x80200000，0x80000000~0x80200000留给了SBI。MEMORY_MAX为0x88000000。
图中的各个数据段的空间可以从linker脚本中获得，每个段的权限规定如下：
- 四个逻辑段的 U 标志位均未被设置，使得 CPU 只能在处于 S 特权级（或以上）时访问它们；
- 代码段
.text不允许被修改； - 只读数据段
.rodata不允许被修改，也不允许从它上面取指执行； .data/.bss均允许被读写，但是不允许从它上面取指执行。