1 /// @Author: longjin@dragonos.org
2 /// @Author: kongweichao@dragonos.org
3 /// @Date: 2023-03-28 16:03:47
4 /// @FilePath: /DragonOS/kernel/src/mm/allocator/buddy.rs
5 /// @Description: 伙伴分配器
6 use crate::arch::MMArch;
7 use crate::mm::allocator::bump::BumpAllocator;
8 use crate::mm::allocator::page_frame::{FrameAllocator, PageFrameCount, PageFrameUsage};
9 use crate::mm::{MemoryManagementArch, PhysAddr, VirtAddr};
10 use crate::{kdebug, kwarn};
11 use core::cmp::{max, min};
12 use core::fmt::Debug;
13 use core::intrinsics::{likely, unlikely};
14 
15 use core::{marker::PhantomData, mem};
16 
17 // 一个全局变量MAX_ORDER,用来表示buddy算法的最大阶数 [MIN_ORDER, MAX_ORDER)左闭右开区间
18 const MAX_ORDER: usize = 31;
19 // 4KB
20 const MIN_ORDER: usize = 12;
21 
22 /// 保存buddy算法中每一页存放的BuddyEntry的信息,占据每个页的起始位置
23 #[derive(Debug)]
24 pub struct PageList<A> {
25     // 页存放entry的数量
26     entry_num: usize,
27     // 下一个页面的地址
28     next_page: PhysAddr,
29     phantom: PhantomData<A>,
30 }
31 
32 impl<A> Clone for PageList<A> {
clone(&self) -> Self33     fn clone(&self) -> Self {
34         Self {
35             entry_num: self.entry_num,
36             next_page: self.next_page,
37             phantom: PhantomData,
38         }
39     }
40 }
41 
42 impl<A> PageList<A> {
43     #[allow(dead_code)]
empty() -> Self44     fn empty() -> Self {
45         Self {
46             entry_num: 0,
47             next_page: PhysAddr::new(0),
48             phantom: PhantomData,
49         }
50     }
new(entry_num: usize, next_page: PhysAddr) -> Self51     fn new(entry_num: usize, next_page: PhysAddr) -> Self {
52         Self {
53             entry_num,
54             next_page,
55             phantom: PhantomData,
56         }
57     }
58 }
59 
60 /// @brief: 用来表示 buddy 算法中的一个 buddy 块,整体存放在area的头部
61 // 这种方式会出现对齐问题
62 // #[repr(packed)]
63 #[repr(C)]
64 #[derive(Debug)]
65 pub struct BuddyAllocator<A> {
66     // 存放每个阶的空闲“链表”的头部地址
67     free_area: [PhysAddr; (MAX_ORDER - MIN_ORDER) as usize],
68     phantom: PhantomData<A>,
69 }
70 
71 impl<A: MemoryManagementArch> BuddyAllocator<A> {
72     const BUDDY_ENTRIES: usize =
73         // 定义一个变量记录buddy表的大小
74         (A::PAGE_SIZE - mem::size_of::<PageList<A>>()) / mem::size_of::<PhysAddr>();
75 
new(mut bump_allocator: BumpAllocator<A>) -> Option<Self>76     pub unsafe fn new(mut bump_allocator: BumpAllocator<A>) -> Option<Self> {
77         let initial_free_pages = bump_allocator.usage().free();
78         kdebug!("Free pages before init buddy: {:?}", initial_free_pages);
79         kdebug!("Buddy entries: {}", Self::BUDDY_ENTRIES);
80         // 最高阶的链表页数
81         let max_order_linked_list_page_num = max(
82             1,
83             (((initial_free_pages.data() * A::PAGE_SIZE) >> (MAX_ORDER - 1)) + Self::BUDDY_ENTRIES
84                 - 1)
85                 / Self::BUDDY_ENTRIES,
86         );
87 
88         let mut free_area: [PhysAddr; (MAX_ORDER - MIN_ORDER) as usize] =
89             [PhysAddr::new(0); (MAX_ORDER - MIN_ORDER) as usize];
90 
91         // Buddy初始占用的空间从bump分配
92         for f in free_area.iter_mut() {
93             let curr_page = bump_allocator.allocate_one();
94             // 保存每个阶的空闲链表的头部地址
95             *f = curr_page.unwrap();
96             // 清空当前页
97             core::ptr::write_bytes(MMArch::phys_2_virt(*f)?.data() as *mut u8, 0, A::PAGE_SIZE);
98 
99             let page_list: PageList<A> = PageList::new(0, PhysAddr::new(0));
100             Self::write_page(*f, page_list);
101         }
102 
103         // 分配最高阶的链表页
104         for _ in 1..max_order_linked_list_page_num {
105             let curr_page = bump_allocator.allocate_one().unwrap();
106             // 清空当前页
107             core::ptr::write_bytes(
108                 MMArch::phys_2_virt(curr_page)?.data() as *mut u8,
109                 0,
110                 A::PAGE_SIZE,
111             );
112 
113             let page_list: PageList<A> =
114                 PageList::new(0, free_area[Self::order2index((MAX_ORDER - 1) as u8)]);
115             Self::write_page(curr_page, page_list);
116             free_area[Self::order2index((MAX_ORDER - 1) as u8)] = curr_page;
117         }
118 
119         let initial_bump_offset = bump_allocator.offset();
120         let pages_to_buddy = bump_allocator.usage().free();
121         kdebug!("pages_to_buddy {:?}", pages_to_buddy);
122         // kdebug!("initial_bump_offset {:#x}", initial_bump_offset);
123         let mut paddr = initial_bump_offset;
124         let mut remain_pages = pages_to_buddy;
125         // 设置entry,这里假设了bump_allocator当前offset之后,所有的area的地址是连续的.
126         // TODO: 这里需要修改,按照area来处理
127         for i in MIN_ORDER..MAX_ORDER {
128             // kdebug!("i {i}, remain pages={}", remain_pages.data());
129             if remain_pages.data() < (1 << (i - MIN_ORDER)) {
130                 break;
131             }
132 
133             assert!(paddr & ((1 << i) - 1) == 0);
134 
135             if likely(i != MAX_ORDER - 1) {
136                 // 要填写entry
137                 if paddr & (1 << i) != 0 {
138                     let page_list_paddr: PhysAddr = free_area[Self::order2index(i as u8)];
139                     let mut page_list: PageList<A> = Self::read_page(page_list_paddr);
140 
141                     A::write(
142                         Self::entry_virt_addr(page_list_paddr, page_list.entry_num),
143                         paddr,
144                     );
145                     page_list.entry_num += 1;
146                     Self::write_page(page_list_paddr, page_list);
147 
148                     paddr += 1 << i;
149                     remain_pages -= 1 << (i - MIN_ORDER);
150                 };
151             } else {
152                 // 往最大的阶数的链表中添加entry(注意要考虑到最大阶数的链表可能有多页)
153                 // 断言剩余页面数量是MAX_ORDER-1阶的整数倍
154 
155                 let mut entries = (remain_pages.data() * A::PAGE_SIZE) >> i;
156                 let mut page_list_paddr: PhysAddr = free_area[Self::order2index(i as u8)];
157                 let block_size = 1usize << i;
158 
159                 if entries > Self::BUDDY_ENTRIES {
160                     // 在第一页填写一些entries
161                     let num = entries % Self::BUDDY_ENTRIES;
162                     entries -= num;
163 
164                     let mut page_list: PageList<A> = Self::read_page(page_list_paddr);
165                     for _j in 0..num {
166                         A::write(
167                             Self::entry_virt_addr(page_list_paddr, page_list.entry_num),
168                             paddr,
169                         );
170                         page_list.entry_num += 1;
171                         paddr += block_size;
172                         remain_pages -= 1 << (i - MIN_ORDER);
173                     }
174                     page_list_paddr = page_list.next_page;
175                     Self::write_page(page_list_paddr, page_list);
176                     assert!(!page_list_paddr.is_null());
177                 }
178 
179                 while entries > 0 {
180                     let mut page_list: PageList<A> = Self::read_page(page_list_paddr);
181 
182                     for _ in 0..Self::BUDDY_ENTRIES {
183                         A::write(
184                             Self::entry_virt_addr(page_list_paddr, page_list.entry_num),
185                             paddr,
186                         );
187                         page_list.entry_num += 1;
188                         paddr += block_size;
189                         remain_pages -= 1 << (i - MIN_ORDER);
190                         entries -= 1;
191                         if entries == 0 {
192                             break;
193                         }
194                     }
195                     page_list_paddr = page_list.next_page;
196                     Self::write_page(page_list_paddr, page_list);
197 
198                     if likely(entries > 0) {
199                         assert!(!page_list_paddr.is_null());
200                     }
201                 }
202             }
203         }
204 
205         let mut remain_bytes = remain_pages.data() * A::PAGE_SIZE;
206 
207         assert!(remain_bytes < (1 << MAX_ORDER - 1));
208 
209         for i in (MIN_ORDER..MAX_ORDER).rev() {
210             if remain_bytes >= (1 << i) {
211                 assert!(paddr & ((1 << i) - 1) == 0);
212                 let page_list_paddr: PhysAddr = free_area[Self::order2index(i as u8)];
213                 let mut page_list: PageList<A> = Self::read_page(page_list_paddr);
214 
215                 A::write(
216                     Self::entry_virt_addr(page_list_paddr, page_list.entry_num),
217                     paddr,
218                 );
219                 page_list.entry_num += 1;
220                 Self::write_page(page_list_paddr, page_list);
221 
222                 paddr += 1 << i;
223                 remain_bytes -= 1 << i;
224             }
225         }
226 
227         assert!(remain_bytes == 0);
228         assert!(paddr == initial_bump_offset + pages_to_buddy.data() * A::PAGE_SIZE);
229 
230         // Self::print_free_area(free_area);
231         let allocator = Self {
232             free_area,
233             phantom: PhantomData,
234         };
235 
236         Some(allocator)
237     }
238     /// 获取第j个entry的虚拟地址,
239     /// j从0开始计数
entry_virt_addr(base_addr: PhysAddr, j: usize) -> VirtAddr240     pub fn entry_virt_addr(base_addr: PhysAddr, j: usize) -> VirtAddr {
241         let entry_virt_addr = unsafe { A::phys_2_virt(Self::entry_addr(base_addr, j)) };
242         return entry_virt_addr.unwrap();
243     }
entry_addr(base_addr: PhysAddr, j: usize) -> PhysAddr244     pub fn entry_addr(base_addr: PhysAddr, j: usize) -> PhysAddr {
245         let entry_addr = base_addr + mem::size_of::<PageList<A>>() + j * mem::size_of::<PhysAddr>();
246         return entry_addr;
247     }
read_page<T>(addr: PhysAddr) -> T248     pub fn read_page<T>(addr: PhysAddr) -> T {
249         let page_list = unsafe { A::read(A::phys_2_virt(addr).unwrap()) };
250         return page_list;
251     }
252 
write_page(curr_page: PhysAddr, page_list: PageList<A>)253     pub fn write_page(curr_page: PhysAddr, page_list: PageList<A>) {
254         // 把物理地址转换为虚拟地址
255         let virt_addr = unsafe { A::phys_2_virt(curr_page) };
256         let virt_addr = virt_addr.unwrap();
257         unsafe { A::write(virt_addr, page_list) };
258     }
259 
260     /// 从order转换为free_area的下标
261     ///
262     /// # 参数
263     ///
264     /// - `order` - order
265     ///
266     /// # 返回值
267     ///
268     /// free_area的下标
269     #[inline]
order2index(order: u8) -> usize270     fn order2index(order: u8) -> usize {
271         (order as usize - MIN_ORDER) as usize
272     }
273 
274     /// 从空闲链表的开头,取出1个指定阶数的伙伴块,如果没有,则返回None
275     ///
276     /// ## 参数
277     ///
278     /// - `order` - 伙伴块的阶数
pop_front(&mut self, order: u8) -> Option<PhysAddr>279     fn pop_front(&mut self, order: u8) -> Option<PhysAddr> {
280         let mut alloc_in_specific_order = |spec_order: u8| {
281             // 先尝试在order阶的“空闲链表”的开头位置分配一个伙伴块
282             let mut page_list_addr = self.free_area[Self::order2index(spec_order)];
283             let mut page_list: PageList<A> = Self::read_page(page_list_addr);
284 
285             // 循环删除头部的空闲链表页
286             while page_list.entry_num == 0 {
287                 let next_page_list_addr = page_list.next_page;
288                 // 找完了,都是空的
289                 if next_page_list_addr.is_null() {
290                     return None;
291                 }
292 
293                 if !next_page_list_addr.is_null() {
294                     // 此时page_list已经没有空闲伙伴块了,又因为非唯一页,需要删除该page_list
295                     self.free_area[Self::order2index(spec_order)] = next_page_list_addr;
296                     drop(page_list);
297                     // kdebug!("FREE: page_list_addr={:b}", page_list_addr.data());
298                     unsafe {
299                         self.buddy_free(page_list_addr, MMArch::PAGE_SHIFT as u8);
300                     }
301                 }
302                 // 由于buddy_free可能导致首部的链表页发生变化,因此需要重新读取
303                 let next_page_list_addr = self.free_area[Self::order2index(spec_order)];
304                 assert!(!next_page_list_addr.is_null());
305                 page_list = Self::read_page(next_page_list_addr);
306                 page_list_addr = next_page_list_addr;
307             }
308 
309             // 有空闲页面,直接分配
310             if page_list.entry_num > 0 {
311                 let entry: PhysAddr = unsafe {
312                     A::read(Self::entry_virt_addr(
313                         page_list_addr,
314                         page_list.entry_num - 1,
315                     ))
316                 };
317                 // 清除该entry
318                 unsafe {
319                     A::write(
320                         Self::entry_virt_addr(page_list_addr, page_list.entry_num - 1),
321                         PhysAddr::new(0),
322                     )
323                 };
324                 if entry.is_null() {
325                     panic!(
326                         "entry is null, entry={:?}, order={}, entry_num = {}",
327                         entry,
328                         spec_order,
329                         page_list.entry_num - 1
330                     );
331                 }
332                 // kdebug!("entry={entry:?}");
333 
334                 // 更新page_list的entry_num
335                 page_list.entry_num -= 1;
336                 let tmp_current_entry_num = page_list.entry_num;
337                 if page_list.entry_num == 0 {
338                     if !page_list.next_page.is_null() {
339                         // 此时page_list已经没有空闲伙伴块了,又因为非唯一页,需要删除该page_list
340                         self.free_area[Self::order2index(spec_order)] = page_list.next_page;
341                         drop(page_list);
342                         unsafe { self.buddy_free(page_list_addr, MMArch::PAGE_SHIFT as u8) };
343                     } else {
344                         Self::write_page(page_list_addr, page_list);
345                     }
346                 } else {
347                     // 若entry_num不为0,说明该page_list还有空闲伙伴块,需要更新该page_list
348                     // 把更新后的page_list写回
349                     Self::write_page(page_list_addr, page_list.clone());
350                 }
351 
352                 // 检测entry 是否对齐
353                 if !entry.check_aligned(1 << spec_order) {
354                     panic!("entry={:?} is not aligned, spec_order={spec_order}, page_list.entry_num={}", entry, tmp_current_entry_num);
355                 }
356                 return Some(entry);
357             }
358             return None;
359         };
360 
361         let result: Option<PhysAddr> = alloc_in_specific_order(order as u8);
362         // kdebug!("result={:?}", result);
363         if result.is_some() {
364             return result;
365         }
366         // 尝试从更大的链表中分裂
367 
368         let mut current_order = (order + 1) as usize;
369         let mut x: Option<PhysAddr> = None;
370         while current_order < MAX_ORDER {
371             x = alloc_in_specific_order(current_order as u8);
372             // kdebug!("current_order={:?}", current_order);
373             if x.is_some() {
374                 break;
375             }
376             current_order += 1;
377         }
378 
379         // kdebug!("x={:?}", x);
380         // 如果找到一个大的块,就进行分裂
381         if x.is_some() {
382             // 分裂到order阶
383             while current_order > order as usize {
384                 current_order -= 1;
385                 // 把后面那半块放回空闲链表
386 
387                 let buddy = *x.as_ref().unwrap() + (1 << current_order);
388                 // kdebug!("x={:?}, buddy={:?}", x, buddy);
389                 // kdebug!("current_order={:?}, buddy={:?}", current_order, buddy);
390                 unsafe { self.buddy_free(buddy, current_order as u8) };
391             }
392             return x;
393         }
394 
395         return None;
396     }
397 
398     /// 从伙伴系统中分配count个页面
399     ///
400     /// ## 参数
401     ///
402     /// - `count`:需要分配的页面数
403     ///
404     /// ## 返回值
405     ///
406     /// 返回分配的页面的物理地址和页面数
buddy_alloc(&mut self, count: PageFrameCount) -> Option<(PhysAddr, PageFrameCount)>407     fn buddy_alloc(&mut self, count: PageFrameCount) -> Option<(PhysAddr, PageFrameCount)> {
408         assert!(count.data().is_power_of_two());
409         // 计算需要分配的阶数
410         let mut order = log2(count.data() as usize);
411         if count.data() & ((1 << order) - 1) != 0 {
412             order += 1;
413         }
414         let order = (order + MIN_ORDER) as u8;
415         if order as usize >= MAX_ORDER {
416             return None;
417         }
418 
419         // kdebug!("buddy_alloc: order = {}", order);
420         // 获取该阶数的一个空闲页面
421         let free_addr = self.pop_front(order);
422         // kdebug!(
423         //     "buddy_alloc: order = {}, free_addr = {:?}",
424         //     order,
425         //     free_addr
426         // );
427         return free_addr
428             .map(|addr| (addr, PageFrameCount::new(1 << (order as usize - MIN_ORDER))));
429     }
430 
431     /// 释放一个块
432     ///
433     /// ## 参数
434     ///
435     /// - `base` - 块的起始地址
436     /// - `order` - 块的阶数
buddy_free(&mut self, mut base: PhysAddr, order: u8)437     unsafe fn buddy_free(&mut self, mut base: PhysAddr, order: u8) {
438         // kdebug!("buddy_free: base = {:?}, order = {}", base, order);
439         let mut order = order as usize;
440 
441         while order < MAX_ORDER {
442             // 检测地址是否合法
443             if base.data() & ((1 << (order)) - 1) != 0 {
444                 panic!(
445                     "buddy_free: base is not aligned, base = {:#x}, order = {}",
446                     base.data(),
447                     order
448                 );
449             }
450 
451             // 在链表中寻找伙伴块
452             // 伙伴块的地址是base ^ (1 << order)
453             let buddy_addr = PhysAddr::new(base.data() ^ (1 << order));
454 
455             let first_page_list_paddr = self.free_area[Self::order2index(order as u8)];
456             let mut page_list_paddr = first_page_list_paddr;
457             let mut page_list: PageList<A> = Self::read_page(page_list_paddr);
458             let first_page_list = page_list.clone();
459 
460             let mut buddy_entry_virt_vaddr = None;
461             let mut buddy_entry_page_list_paddr = None;
462             // 除非order是最大的,否则尝试查找伙伴块
463             if likely(order != MAX_ORDER - 1) {
464                 'outer: loop {
465                     for i in 0..page_list.entry_num {
466                         let entry_virt_addr = Self::entry_virt_addr(page_list_paddr, i);
467                         let entry: PhysAddr = unsafe { A::read(entry_virt_addr) };
468                         if entry == buddy_addr {
469                             // 找到了伙伴块,记录该entry相关信息,然后退出查找
470                             buddy_entry_virt_vaddr = Some(entry_virt_addr);
471                             buddy_entry_page_list_paddr = Some(page_list_paddr);
472                             break 'outer;
473                         }
474                     }
475                     if page_list.next_page.is_null() {
476                         break;
477                     }
478                     page_list_paddr = page_list.next_page;
479                     page_list = Self::read_page(page_list_paddr);
480                 }
481             }
482 
483             // 如果没有找到伙伴块
484             if buddy_entry_virt_vaddr.is_none() {
485                 assert!(
486                     page_list.entry_num <= Self::BUDDY_ENTRIES,
487                     "buddy_free: page_list.entry_num > Self::BUDDY_ENTRIES"
488                 );
489 
490                 // 当前第一个page_list没有空间了
491                 if first_page_list.entry_num == Self::BUDDY_ENTRIES {
492                     // 如果当前order是最小的,那么就把这个块当作新的page_list使用
493                     let new_page_list_addr = if order == MIN_ORDER {
494                         base
495                     } else {
496                         // 否则分配新的page_list
497                         // 请注意,分配之后,有可能当前的entry_num会减1(伙伴块分裂),造成出现整个链表为null的entry数量为Self::BUDDY_ENTRIES+1的情况
498                         // 但是不影响,我们在后面插入链表项的时候,会处理这种情况,检查链表中的第2个页是否有空位
499                         self.buddy_alloc(PageFrameCount::new(1))
500                             .expect("buddy_alloc failed: no enough memory")
501                             .0
502                     };
503 
504                     // 清空这个页面
505                     core::ptr::write_bytes(
506                         A::phys_2_virt(new_page_list_addr)
507                             .expect(
508                                 "Buddy free: failed to get virt address of [new_page_list_addr]",
509                             )
510                             .as_ptr::<u8>(),
511                         0,
512                         1 << order,
513                     );
514                     assert!(
515                         first_page_list_paddr == self.free_area[Self::order2index(order as u8)]
516                     );
517                     // 初始化新的page_list
518                     let new_page_list = PageList::new(0, first_page_list_paddr);
519                     Self::write_page(new_page_list_addr, new_page_list);
520                     self.free_area[Self::order2index(order as u8)] = new_page_list_addr;
521                 }
522 
523                 // 由于上面可能更新了第一个链表页,因此需要重新获取这个值
524                 let first_page_list_paddr = self.free_area[Self::order2index(order as u8)];
525                 let first_page_list: PageList<A> = Self::read_page(first_page_list_paddr);
526 
527                 // 检查第二个page_list是否有空位
528                 let second_page_list = if first_page_list.next_page.is_null() {
529                     None
530                 } else {
531                     Some(Self::read_page::<PageList<A>>(first_page_list.next_page))
532                 };
533 
534                 let (paddr, mut page_list) = if let Some(second) = second_page_list {
535                     // 第二个page_list有空位
536                     // 应当符合之前的假设:还有1个空位
537                     assert!(second.entry_num == Self::BUDDY_ENTRIES - 1);
538 
539                     (first_page_list.next_page, second)
540                 } else {
541                     // 在第一个page list中分配
542                     (first_page_list_paddr, first_page_list)
543                 };
544 
545                 // kdebug!("to write entry, page_list_base={paddr:?}, page_list.entry_num={}, value={base:?}", page_list.entry_num);
546                 assert!(page_list.entry_num < Self::BUDDY_ENTRIES);
547                 // 把要归还的块,写入到链表项中
548                 unsafe { A::write(Self::entry_virt_addr(paddr, page_list.entry_num), base) }
549                 page_list.entry_num += 1;
550                 Self::write_page(paddr, page_list);
551                 return;
552             } else {
553                 // 如果找到了伙伴块,合并,向上递归
554 
555                 // 伙伴块所在的表项的虚拟地址
556                 let buddy_entry_virt_addr = buddy_entry_virt_vaddr.unwrap();
557                 // 伙伴块所在的page_list的物理地址
558                 let buddy_entry_page_list_paddr = buddy_entry_page_list_paddr.unwrap();
559 
560                 let mut page_list_paddr = self.free_area[Self::order2index(order as u8)];
561                 let mut page_list = Self::read_page::<PageList<A>>(page_list_paddr);
562                 // 找第一个有空闲块的链表页。跳过空闲链表页。不进行回收的原因是担心出现死循环
563                 while page_list.entry_num == 0 {
564                     if page_list.next_page.is_null() {
565                         panic!(
566                             "buddy_free: page_list.entry_num == 0 && page_list.next_page.is_null()"
567                         );
568                     }
569                     page_list_paddr = page_list.next_page;
570                     page_list = Self::read_page(page_list_paddr);
571                 }
572 
573                 // 如果伙伴块不在第一个链表页,则把第一个链表中的某个空闲块替换到伙伴块的位置
574                 if page_list_paddr != buddy_entry_page_list_paddr {
575                     let entry: PhysAddr = unsafe {
576                         A::read(Self::entry_virt_addr(
577                             page_list_paddr,
578                             page_list.entry_num - 1,
579                         ))
580                     };
581                     // 把这个空闲块写入到伙伴块的位置
582                     unsafe {
583                         A::write(buddy_entry_virt_addr, entry);
584                     }
585                     // 设置刚才那个entry为空
586                     unsafe {
587                         A::write(
588                             Self::entry_virt_addr(page_list_paddr, page_list.entry_num - 1),
589                             PhysAddr::new(0),
590                         );
591                     }
592                     // 更新当前链表页的统计数据
593                     page_list.entry_num -= 1;
594                     Self::write_page(page_list_paddr, page_list);
595                 } else {
596                     // 伙伴块所在的链表页就是第一个链表页
597                     let last_entry: PhysAddr = unsafe {
598                         A::read(Self::entry_virt_addr(
599                             page_list_paddr,
600                             page_list.entry_num - 1,
601                         ))
602                     };
603 
604                     // 如果最后一个空闲块不是伙伴块,则把最后一个空闲块移动到伙伴块的位置
605                     // 否则后面的操作也将删除这个伙伴块
606                     if last_entry != buddy_addr {
607                         unsafe {
608                             A::write(buddy_entry_virt_addr, last_entry);
609                             A::write(
610                                 Self::entry_virt_addr(page_list_paddr, page_list.entry_num - 1),
611                                 PhysAddr::new(0),
612                             );
613                         }
614                     } else {
615                         unsafe {
616                             A::write(
617                                 Self::entry_virt_addr(page_list_paddr, page_list.entry_num - 1),
618                                 PhysAddr::new(0),
619                             );
620                         }
621                     }
622                     // 更新当前链表页的统计数据
623                     page_list.entry_num -= 1;
624                     Self::write_page(page_list_paddr, page_list);
625                 }
626             }
627             base = min(base, buddy_addr);
628             order += 1;
629         }
630         // 走到这一步,order应该为MAX_ORDER-1
631         assert!(order == MAX_ORDER - 1);
632     }
633 }
634 
635 impl<A: MemoryManagementArch> FrameAllocator for BuddyAllocator<A> {
allocate(&mut self, count: PageFrameCount) -> Option<(PhysAddr, PageFrameCount)>636     unsafe fn allocate(&mut self, count: PageFrameCount) -> Option<(PhysAddr, PageFrameCount)> {
637         return self.buddy_alloc(count);
638     }
639 
640     /// 释放一个块
641     ///
642     /// ## 参数
643     ///
644     /// - `base` - 块的起始地址
645     /// - `count` - 块的页数(必须是2的幂)
646     ///
647     /// ## Panic
648     ///
649     /// 如果count不是2的幂,会panic
free(&mut self, base: PhysAddr, count: PageFrameCount)650     unsafe fn free(&mut self, base: PhysAddr, count: PageFrameCount) {
651         // 要求count是2的幂
652         if unlikely(!count.data().is_power_of_two()) {
653             kwarn!("buddy free: count is not power of two");
654         }
655         let mut order = log2(count.data() as usize);
656         if count.data() & ((1 << order) - 1) != 0 {
657             order += 1;
658         }
659         let order = (order + MIN_ORDER) as u8;
660         // kdebug!("free: base={:?}, count={:?}", base, count);
661         self.buddy_free(base, order);
662     }
663 
usage(&self) -> PageFrameUsage664     unsafe fn usage(&self) -> PageFrameUsage {
665         todo!("BuddyAllocator::usage")
666     }
667 }
668 
669 /// 一个用于计算整数的对数的函数,会向下取整。(由于内核不能进行浮点运算,因此需要这个函数)
log2(x: usize) -> usize670 fn log2(x: usize) -> usize {
671     let leading_zeros = x.leading_zeros() as usize;
672     let log2x = 63 - leading_zeros;
673     return log2x;
674 }
675